DE102021200173A1 - Method for determining temperature-related deviations for a sensor system and sensor system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von temperaturbedingte Abweichungen von Sensorwerten eines Sensorsystems (100) , umfassend:Bereitstellen (201) von Temperaturwerten einer Mehrzahl von Temperatursensorelementen (107, 109) für eine Mehrzahl von Teilbereichen (114, 116) eines ein MEMS-Sensorelement (101) und ein Verarbeitungselement (103) umfassenden Raumbereichs (110) eines durch ein integriertes Heizelement (105) geheizten Sensorsystems (100);Bereitstellen (203) von Messwerten einer Messgröße des Sensorelements (101);Bereitstellen (205) von Sensorwerten, wobei die Sensorwerte durch Verarbeiten der Messwerte durch das Verarbeitungselement (103) generiert sind; undBasierend auf den Temperaturwerten der Temperatursensorelemente (107, 109) Ermitteln (207) von temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte von Referenzwerten der Messgröße.Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Temperaturkompensation (300), ein Sensorsystem (100) und eine elektronische Vorrichtung (400) mit einem Sensorsystem (100).The invention relates to a method for determining temperature-related deviations in sensor values of a sensor system (100), comprising: providing (201) temperature values from a plurality of temperature sensor elements (107, 109) for a plurality of sub-areas (114, 116) of a MEMS sensor element (101) and a processing element (103) of a sensor system (100) heated by an integrated heating element (105);providing (203) measured values of a measured variable of the sensor element (101);providing (205) sensor values, wherein the sensor values are generated by processing the measurement values by the processing element (103); andBased on the temperature values of the temperature sensor elements (107, 109) determining (207) temperature-related deviations of the sensor values from reference values of the measured variable.The invention also relates to a method for temperature compensation (300), a sensor system (100) and an electronic device (400). a sensor system (100).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von temperaturbedingten Abweichungen von Sensorwerten eines Sensorsystems. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Temperaturkompensation von Sensorwerten eines Sensorsystems, ein Sensorsystem und eine elektronische Vorrichtung mit einem Sensorsystem.The invention relates to a method for determining temperature-related deviations in sensor values of a sensor system. The invention also relates to a method for temperature compensation of sensor values of a sensor system, a sensor system and an electronic device with a sensor system.

Stand der TechnikState of the art

Sensorsysteme, vor allem in der Konsumerelektronik, weisen einen temperaturabhängigen Fehler des Ausgangssignals auf, der als Temperature Coefficient Offset (TCO) bezeichnet wird. Aus der Druckschrift US 2019/0086284 A1 ist bekannt, zur Kompensation des TCO mittels eines Temperatursensors innerhalb des Sensorsystems eine Temperaturverteilung zu bestimmen, um basierend auf der Temperaturverteilung eine Temperaturkorrektur der Sensorwerte des Sensorsystems durchzuführen.Sensor systems, especially in consumer electronics, show a temperature-dependent error in the output signal, which is referred to as Temperature Coefficient Offset (TCO). From the pamphlet US 2019/0086284 A1 It is known to use a temperature sensor to determine a temperature distribution within the sensor system in order to compensate for the TCO, in order to carry out a temperature correction of the sensor values of the sensor system based on the temperature distribution.

Drucksensoren mit integriertem Heizelement zeigen einen heterogenen Temperaturgradienten innerhalb des Sensorgehäuses, da der Heizer eine lokale, flächenförmige Wärmequelle darstellt, die eine charakteristische Temperaturverteilung entsprechend dem konkreten Aufbau des Sensors und der unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten verschiedener Materialien verursacht. Dies unterscheidet sich von der homogeneren Temperaturverteilung bei nicht aktivem Heizelement, die von der Umgebungstemperatur abhängt, die von außen auf den Sensor einwirkt - selbstverständlich unter Berücksichtigung weiterer interner Wärmequellen wie elektrischen Schaltkreisen. Diese unterschiedlichen Temperaturverteilungen zwischen aktivem und deaktiviertem Heizelement bewirken, dass unterschiedliche Bereiche im Sensor unterschiedliche Temperaturen haben, insbesondere die Bereiche, die zu TCO-Fehlern führen. Prinzipiell kann der übliche einzelne Temperatursensor dazu verwendet werden, eine Temperatur oder deren zeitlichen Verlauf zu messen und über den Betriebsmodus Rückschlüsse auf die nicht direkt messbaren Temperaturen anderer Regionen zu ziehen, jedoch unterliegt der Sensor Toleranzen, sodass sein genauer Aufbau unbekannt sein kann. Als Beispiel sei hierbei die Dicke der Klebstofffläche zwischen ASIC und MEMS genannt. Als Konsequenz herrschen bei aktivem Heizer im ASIC und MEMS unterschiedliche Temperaturgradienten und es ist nicht möglich, basierend auf einer einzelnen Temperaturmessung auf einer dieser Komponenten die Temperaturdifferenz zum Temperaturgradienten auf der anderen Komponente zu bestimmen. Da sowohl ASIC als auch MEMS Strukturen beinhalten, die temperaturabhängig das Druckausgangssignal beeinflussen, kann ein Restfehler nicht unterschritten werden. Daraus ergibt sich das Problem, wie sich die Temperaturen mehrerer relevanter Bereiche, insbesondere MEMS und ASIC, innerhalb des Drucksensors bei unbekannten Temperaturgradienten genau bestimmen lassen.Pressure sensors with an integrated heating element show a heterogeneous temperature gradient within the sensor housing, since the heater represents a local, planar heat source that causes a characteristic temperature distribution according to the specific structure of the sensor and the different thermal conductivities of different materials. This differs from the more homogeneous temperature distribution when the heating element is not active, which depends on the ambient temperature acting on the sensor from the outside - of course taking into account other internal heat sources such as electrical circuits. These different temperature distributions between active and deactivated heating elements cause different areas in the sensor to have different temperatures, especially the areas that lead to TCO errors. In principle, the usual single temperature sensor can be used to measure a temperature or its progress over time and to draw conclusions about the temperatures of other regions that cannot be measured directly via the operating mode, but the sensor is subject to tolerances, so that its exact structure can be unknown. An example is the thickness of the adhesive surface between the ASIC and the MEMS. As a consequence, when the heater is active, different temperature gradients prevail in the ASIC and MEMS and it is not possible to determine the temperature difference to the temperature gradient on the other component based on a single temperature measurement on one of these components. Since both ASIC and MEMS contain structures that influence the pressure output signal as a function of temperature, a residual error cannot be undershot. This gives rise to the problem of how to precisely determine the temperatures of several relevant areas, in particular MEMS and ASIC, within the pressure sensor when the temperature gradients are unknown.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung von temperaturbedingten Abweichungen von Sensorwerten eines Sensorsystems, ein verbessertes Verfahren zur Temperaturkompensation von Sensorwerten eines Sensorsystems, ein verbessertes Sensorsystem und eine elektronische Vorrichtung mit einem verbesserten Sensorsystem bereitzustellen.It is therefore an object of the invention to provide an improved method for determining temperature-related deviations in sensor values of a sensor system, an improved method for temperature compensation of sensor values in a sensor system, an improved sensor system and an electronic device with an improved sensor system.

Diese Aufgabe wird durch die Verfahren, das Sensorsystem und die elektronische Vorrichtung der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der untergeordneten Ansprüche.This object is solved by the methods, the sensor system and the electronic device of the independent claims. Advantageous configurations are the subject matter of the subordinate claims.

Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung von temperaturbedingten Abweichungen von Sensorwerten eines Sensorsystems bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst:

  • Bereitstellen von Temperaturwerten einer Mehrzahl von Temperatursensorelementen für eine Mehrzahl von Teilbereichen eines ein MEMS-Sensorelement und ein Verarbeitungselement umfassenden Raumbereichs eines durch ein internes Heizelement geheizten Sensorsystems;
  • Bereitstellen von Messwerten einer Messgröße des Sensorelements; Bereitstellen von Sensorwerten, wobei die Sensorwerte durch Verarbeiten der Messwerte durch das Verarbeitungselement generiert sind; und
  • Basierend auf den Temperaturwerten der Temperatursensorelemente Ermitteln von temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte von Referenzwerten der Messgröße.
According to one aspect of the invention, a method for determining temperature-related deviations in sensor values of a sensor system is provided, the method comprising:
  • providing temperature values of a plurality of temperature sensor elements for a plurality of partial areas of a spatial area, comprising a MEMS sensor element and a processing element, of a sensor system heated by an internal heating element;
  • providing measured values of a measured variable of the sensor element; providing sensor values, the sensor values being generated by processing the measured values by the processing element; and
  • Based on the temperature values of the temperature sensor elements, determination of temperature-related deviations of the sensor values from reference values of the measured variable.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung von temperaturbedingten Abweichungen von Sensorwerten eines Sensorsystems bereitgestellt werden kann, das eine präzisere Ermittlung von temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte des Sensorsystems von Referenzwerten der Messgröße ermöglicht. Hierzu werden für zwei verschiedene Teilbereiche eines Raumbereichs eines Sensorsystems Temperaturwerte bereitgestellt, wobei das Sensorsystem durch ein internes Heizelement des Sensorsystems auf verschiedene Temperaturen aufgeheizt ist. Darüber hinaus werden Messwerte eines Sensorelements des Sensorsystems und auf den Messwrten basierende Sensorwerte des Sensorsystems bereitgestellt. Basierend auf den Temperaturwerten der zwei räumlich getrennten Teilbereiche des Sensorsystems werden temperaturbedingte Abweichungen der Sensorwerte von Referenzwerten der Messgröße bestimmt. Referenzwerte der Messgröße können hierbei temperaturkorrigierte Messwerte der Messgröße sein. Durch die Temperaturbestimmung für die beiden Teilbereiche des Sensorsystems kann eine präzisere Temperaturbestimmung innerhalb des Raumbereichs des Sensorsystems erfolgen. Basierend auf der präziseren Temperaturbestimmung können für die verschiedenen im Raumbereich des Sensorsystems angeordneten Komponenten entsprechende temperaturbedingte Effekte berücksichtigt werden und darauf basierend eine verbesserte Ermittlung von temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte von den vorbestimmten Referenzwerten der Messgröße erfolgen.This can achieve the technical advantage that an improved method for determining temperature-related deviations in sensor values of a sensor system can be provided, which enables temperature-related deviations in the sensor values of the sensor system from reference values of the measured variable to be determined more precisely. To this end, temperature values are provided for two different partial areas of a spatial area of a sensor system, with the sensor system being heated to different temperatures by an internal heating element of the sensor system. In addition, measured values of a sensor element of the sensor system and sensor values of the sensor system based on the measured values are provided. Based on the temperature values of the Temperature-related deviations of the sensor values from reference values of the measured variable are determined in two spatially separated sub-areas of the sensor system. In this case, reference values of the measured variable can be temperature-corrected measured values of the measured variable. By determining the temperature for the two partial areas of the sensor system, a more precise temperature determination can take place within the spatial area of the sensor system. Based on the more precise temperature determination, corresponding temperature-related effects can be taken into account for the various components arranged in the spatial area of the sensor system and, based on this, an improved determination of temperature-related deviations of the sensor values from the predetermined reference values of the measured variable can take place.

Im Sinne der Anmeldung sind temperaturbedingte Abweichungen der Sensorwerte durch Werte eines Temperaturkoeffizientenoffsets TCO des Sensorsystems gegeben. Within the meaning of the application, temperature-related deviations in the sensor values are given by values of a temperature coefficient offset TCO of the sensor system.

Nach einer Ausführung umfasst das Verfahren ferner:

  • Bestimmen einer Temperaturverteilung innerhalb des Raumbereichs basierend auf den Temperaturwerten der Mehrzahl von Teilbereichen des Raumbereichs und Berücksichtigen der Temperaturverteilung in der Ermittlung der temperaturbedingten Abweichungen.
According to one embodiment, the method further includes:
  • Determining a temperature distribution within the spatial area based on the temperature values of the plurality of sub-areas of the spatial area and taking the temperature distribution into account when determining the temperature-related deviations.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine verbesserte Temperaturverteilung innerhalb des Raumbereichs ermittelt werden kann. Durch die zwei räumlich getrennten Temperatursensorelemente und die für die zwei Teilbereiche bestimmten Temperaturwerte kann eine präzisere Bestimmung der den gesamten Raumbereich des Sensorsystems umfassenden Temperaturverteilung erzielt werden. Basierend auf der präziseren Ermittlung der Temperaturverteilung innerhalb des Raumbereichs kann eine präzisere Bestimmung der temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte des Sensorelements erzielt werden, indem beispielsweise temperaturbedingte Einflüsse auf verschiedene Komponenten innerhalb des Raumbereichs des Sensorsystems präziser berücksichtigt werden können.In this way, the technical advantage can be achieved that an improved temperature distribution within the spatial area can be determined. The two spatially separate temperature sensor elements and the temperature values determined for the two sub-areas allow a more precise determination of the temperature distribution covering the entire spatial area of the sensor system to be achieved. Based on the more precise determination of the temperature distribution within the spatial area, a more precise determination of the temperature-related deviations in the sensor values of the sensor element can be achieved in that, for example, temperature-related influences on various components within the spatial area of the sensor system can be taken into account more precisely.

Nach einer Ausführung umfasst das Ermitteln der temperaturbedingten Abweichungen:

  • Ausführen einer Modellbeschreibung von Temperatureinflüssen auf im Raumbereich angeordnete Komponenten des Sensorsystems basierend auf den Temperaturwerten der Mehrzahl von Teilbereichen des Raumbereichs und/oder der Temperaturverteilung.
According to one embodiment, determining the temperature-related deviations includes:
  • Execution of a model description of temperature influences on components of the sensor system arranged in the spatial area based on the temperature values of the plurality of partial areas of the spatial area and/or the temperature distribution.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine verbesserte Bestimmung der temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte des Sensorsystems ermöglicht ist. Über eine Modellbeschreibung von Temperatureinflüssen auf einzelne Komponenten des Sensorsystems, die innerhalb des Raumbereichs angeordnet sind und somit der Temperaturverteilung unterworfen sind, können temperaturbedingte Einflüsse auf die Funktionsweise der einzelnen Komponenten in die Ermittlung der temperaturbedingten Abweichung der Sensorwerte des Sensorsystems berücksichtigt werden.As a result, the technical advantage can be achieved that an improved determination of the temperature-related deviations in the sensor values of the sensor system is made possible. Using a model description of temperature influences on individual components of the sensor system, which are arranged within the spatial area and are therefore subject to the temperature distribution, temperature-related influences on the functioning of the individual components can be taken into account when determining the temperature-related deviation of the sensor values of the sensor system.

Im Sinne der Anmeldung umfassen Komponenten des Sensorsystems insbesondere das Sensorelement, das Verarbeitungselement, das Heizelement. Darüber hinaus können Komponenten durch ein Gehäuse, ein Füllmedium, ein Substrat oder weitere Bestandteile des Sensors gegeben sein.Within the meaning of the application, components of the sensor system include, in particular, the sensor element, the processing element, and the heating element. In addition, components can be provided by a housing, a filling medium, a substrate or other parts of the sensor.

Nach einer Ausführungsform sind durch Temperaturwerte eines ersten Temperatursensorelements eine Temperatur eines Sensorelements und/oder durch Temperaturwerte eines zweiten Temperatursensorelements eine Temperatur eines Verarbeitungselements des Sensorsystems bestimmt.According to one embodiment, a temperature of a sensor element is determined by temperature values of a first temperature sensor element and/or a temperature of a processing element of the sensor system is determined by temperature values of a second temperature sensor element.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine präzise Bestimmung von temperaturbedingten Einflüssen auf das Sensorelement und/oder auf das Verarbeitungselement durchgeführt werden können. Durch die exakte Bestimmung der Temperatur des Sensorelements und/oder der Temperatur des Verarbeitungselements kann für das Sensorelement und/oder das Verarbeitungselement eine präzisere Bestimmung der temperaturbedingten Einflüsse durchgeführt und berücksichtigt werden. Da das Sensorelement und das Verarbeitungselement die zwei Komponenten des Sensorsystems sind, die den größten Einfluss auf die temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte des Sensorsystems haben, kann über die Bestimmung der temperaturbedingten Einflüsse auf das Sensorsystem bzw. das Verarbeitungssystem eine weitere Verbesserung des Ermittelns der temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte des Sensorsystems erreicht werden.In this way, the technical advantage can be achieved that a precise determination of temperature-related influences on the sensor element and/or on the processing element can be carried out. By precisely determining the temperature of the sensor element and/or the temperature of the processing element, a more precise determination of the temperature-related influences can be carried out and taken into account for the sensor element and/or the processing element. Since the sensor element and the processing element are the two components of the sensor system that have the greatest influence on the temperature-related deviations in the sensor values of the sensor system, determining the temperature-related influences on the sensor system or the processing system can further improve the determination of the temperature-related deviations of the Sensor values of the sensor system are reached.

Nach einer Ausführungsform ist das Verfahren in regelmäßigen Zeitabständen automatisch und/oder ereignis-initiiert und/oder von einem Host-System initiiert ausführbar.According to one embodiment, the method can be executed automatically and/or event-initiated and/or initiated by a host system at regular time intervals.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass zu verschiedenen Zeitpunkten während des Betriebs des Sensorsystems eine Bestimmung der temperaturbedingten Abweichungen de Sensorwerte durchgeführt werden kann. Hierdurch kann auf Veränderungen der Temperatureinflüsse auf die einzelnen Komponenten während des Betriebs des Sensorsystems reagiert werden. Dies ermöglicht eine präzisere Bestimmung der temperaturbedingten Abweichungen.In this way, the technical advantage can be achieved that the temperature-related deviations in the sensor values can be determined at different points in time during the operation of the sensor system. This can indicate changes in temperature influences on the individual components during operation of the sensor system. This enables a more precise determination of the temperature-related deviations.

Nach einer Ausführungsform umfasst das Ermitteln der temperaturbedingten Abweichungen:

  • Ermitteln von temperaturbedingten Abweichungen der Messwerte des Sensorelements und/oder der Ausgabewerte des Verarbeitungselements.
According to one embodiment, determining the temperature-related deviations includes:
  • Determination of temperature-related deviations in the measured values of the sensor element and/or the output values of the processing element.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine verbesserte Ermittlung der temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte des Sensorsystems bereitgestellt werden kann. Durch Berücksichtigen der temperaturbedingten Abweichungen der Messwerte des Sensorelements und/oder der temperaturbedingten Abweichungen der Ausgabewerte des Verarbeitungselements kann eine weitere Präzisierung der Ermittlung der temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte des Sensorsystems erreicht werden, da sowohl ein Temperaturverhalten des Sensorelements als auch ein Temperaturverhalten des Verarbeitungselements maßgebliche Beiträge zu der temperaturbedingten Abweichung der Sensorwerte des Sensorsystems darstellen.As a result, the technical advantage can be achieved that an improved determination of the temperature-related deviations in the sensor values of the sensor system can be provided. By taking into account the temperature-related deviations in the measured values of the sensor element and/or the temperature-related deviations in the output values of the processing element, the determination of the temperature-related deviations in the sensor values of the sensor system can be made more precise, since both a temperature behavior of the sensor element and a temperature behavior of the processing element make significant contributions the temperature-related deviation of the sensor values of the sensor system.

Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Temperaturkompensation von Sensorwerten eines Sensorsystems bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst:

  • Kompensieren von temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte unter Berücksichtigung von Temperaturwerten einer Mehrzahl von Teilbereichen und/oder einer Temperaturverteilung eines Raumbereichs des Sensorsystem,
  • wobei die temperaturbedingten Abweichung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung von Temperaturbedingten Abweichungen bestimmt sind; und
  • Generieren von temperaturkompensierten Sensorwerten des Sensorsystems.
According to a second aspect of the invention, a method for temperature compensation of sensor values of a sensor system is provided, the method comprising:
  • Compensating for temperature-related deviations in the sensor values, taking into account temperature values of a plurality of sub-areas and/or a temperature distribution of a spatial area of the sensor system,
  • wherein the temperature-related deviations are determined according to the method according to the invention for determining temperature-related deviations; and
  • Generation of temperature-compensated sensor values of the sensor system.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine verbesserte Kompensation der temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte und präzisere temperaturkompensierte Sensorwerte des Sensorsystems bereitgestellt werden können. Hierdurch kann die Präzisierung des Sensorsystems erhöht werden. Durch die Berücksichtigung der verschiedenen Temperaturwerte der verschiedenen Teilbereiche und/oder der ermittelten Temperaturverteilung innerhalb des Raumbereichs kann eine Präzisierung der Temperaturkompensation und damit verbunden eine Präzisierung der temperaturkompensierten Sensorwerte erreicht werden.As a result, the technical advantage can be achieved that improved compensation for the temperature-related deviations in the sensor values and more precise temperature-compensated sensor values of the sensor system can be provided. As a result, the precision of the sensor system can be increased. By taking into account the different temperature values of the different partial areas and/or the ascertained temperature distribution within the spatial area, the temperature compensation can be made more precise and the temperature-compensated sensor values can be made more precise as a result.

Nach einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Sensorsystem mit einem MEMS-Sensorelement zur Erfassung einer Messgröße, einem Verarbeitungselement zum Verarbeiten der Messwerte des Sensorelements, einem Heizelement zum Heizen des Sensorsystems und einer Mehrzahl von Temperatursensorelementen bereitgestellt, wobei die Temperatursensorelemente eingerichtet sind, Temperaturwerte einer Mehrzahl von Teilbereichen eines das MEMS-Sensorelement und das Verarbeitungselement umfassenden Raumbereichs des Sensorsystems zu bestimmen.According to a third aspect of the invention, a sensor system is provided with a MEMS sensor element for detecting a measured variable, a processing element for processing the measured values of the sensor element, a heating element for heating the sensor system and a plurality of temperature sensor elements, wherein the temperature sensor elements are set up, temperature values of a plurality of partial areas of a spatial area of the sensor system comprising the MEMS sensor element and the processing element.

Nach einer Ausführungsform ist das Sensorsystem eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung von temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte und/oder das erfindungsgemäße Verfahren zur Temperaturkompensation auszuführen.According to one embodiment, the sensor system is set up to carry out the method according to the invention for determining temperature-related deviations in the sensor values and/or the method according to the invention for temperature compensation.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass ein verbessertes Sensorsystem mit verbesserter Bestimmung von temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte und/oder verbesserter Temperaturkompensation bereitgestellt werden kann.As a result, the technical advantage can be achieved that an improved sensor system with improved determination of temperature-related deviations in the sensor values and/or improved temperature compensation can be provided.

Nach einer Ausführungsform ist das erste Temperatursensorelement als Temperaturdiode ausgebildet und in das MEMS-Sensorelement integriert und/oder das zweite Temperatursensorelement als eine Temperaturdiode ausgebildet und in das Verarbeitungselement integriert.According to one embodiment, the first temperature sensor element is designed as a temperature diode and integrated into the MEMS sensor element and/or the second temperature sensor element is designed as a temperature diode and integrated into the processing element.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine möglichst präzise Temperaturbestimmung der Temperatur des Sensorelements bzw. der Temperatur des Verarbeitungselements erreicht werden kann.In this way, the technical advantage can be achieved that the temperature of the sensor element or the temperature of the processing element can be determined as precisely as possible.

Nach einer Ausführungsform ist das Sensorelement als ein Drucksensorelement, ein Feuchtigkeitssensorelement, ein Gassensorelement, ein Beschleunigungssensorelement, ein Magnetfeldsensorelement, ein Inertialsensorelement oder ein Drehratensensorelement ausgebildet, und/oder wobei das Verarbeitungselement als eine anwendungsspezifische Schaltung ASIC ausgebildet ist.According to one embodiment, the sensor element is designed as a pressure sensor element, a moisture sensor element, a gas sensor element, an acceleration sensor element, a magnetic field sensor element, an inertial sensor element or a yaw rate sensor element, and/or the processing element is designed as an application-specific circuit ASIC.

Hierdurch kann der technische Vorteil eines möglichst breiten Anwendungsbereichs des Sensorsystems bereitgestellt werden.As a result, the technical advantage of the widest possible range of application of the sensor system can be provided.

Nach einem vierten Aspekt der Erfindung wird eine elektronische Vorrichtung mit einem Sensorsystem nach einer der voranstehenden Ausführungsformen bereitgestellt.According to a fourth aspect of the invention, an electronic device with a sensor system according to one of the preceding embodiments is provided.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine elektronische Vorrichtung mit einem verbesserten mikroelektromechanischen Sensorsystem mit den oben genannten Vorteilen bereitgestellt werden kann.As a result, the technical advantage can be achieved that an electronic device can be provided with an improved microelectromechanical sensor system with the advantages mentioned above.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnungen erläutert. In den schematischen Zeichnungen zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines mikroelektromechanischen Sensorsystems gemäß einer Ausführungsform;
  • 2 eine schematische Darstellung einer homogenen Temperaturverteilung in einem Sensorsystem gemäß einer Ausführungsform;
  • 3 eine schematische Darstellung einer inhomogenen Temperaturverteilung in einem Sensorsystem gemäß einer Ausführungsform;
  • 4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung von temperaturbedingten Abweichungen gemäß einer Ausführungsform; und
  • 5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Temperaturkompensation gemäß einer Ausführungsform; und
  • 6 eine schematische Darstellung einer elektronischen Vorrichtung mit einem Sensorsystem gemäß einer Ausführungsform.
Exemplary embodiments of the invention are explained with reference to the following drawings. In the schematic drawings show:
  • 1 a schematic representation of a microelectromechanical sensor system according to an embodiment;
  • 2 a schematic representation of a homogeneous temperature distribution in a sensor system according to an embodiment;
  • 3 a schematic representation of an inhomogeneous temperature distribution in a sensor system according to an embodiment;
  • 4 a flowchart of a method for determining temperature-related deviations according to an embodiment; and
  • 5 a flow chart of a method for temperature compensation according to an embodiment; and
  • 6 a schematic representation of an electronic device with a sensor system according to an embodiment.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines mikroelektromechanischen Sensorsystems 100 gemäß einer Ausführungsform. 1 10 shows a schematic representation of a microelectromechanical sensor system 100 according to an embodiment.

In der gezeigten Ausführungsform ist das Sensorsystem 100 als ein Drucksensor ausgebildet. Das Sensorsystem 100 in der gezeigten Ausführungsform umfasst ein MEMS-Sensorelement 101, ein Verarbeitungselement 103 und ein Heizelement 105, die jeweils in einem Raumbereich 110 des Sensorsystems 100 angeordnet sind. Der Raumbereich 110 ist durch ein Gehäuse 113 und ein Substrat 111 gebildet. Das Verarbeitungselement 103 ist über eine Fixierungsschicht 121 am Substrat 111 angeordnet. Das MEMS-Sensorelement 101 ist über eine Verbindungsschicht 117 auf dem Verarbeitungselement 103 angeordnet.In the embodiment shown, the sensor system 100 is designed as a pressure sensor. The sensor system 100 in the embodiment shown comprises a MEMS sensor element 101 , a processing element 103 and a heating element 105 which are each arranged in a spatial area 110 of the sensor system 100 . The spatial area 110 is formed by a housing 113 and a substrate 111 . The processing element 103 is arranged on the substrate 111 via a fixing layer 121 . The MEMS sensor element 101 is arranged on the processing element 103 via a connection layer 117 .

Das Sensorsystem 100 umfasst ferner ein erstes Temperatursensorelement 107 und ein zweites Temperatursensorelement 109. In der gezeigten Ausführungsform ist das erste Temperatursensorelement 107 am MEMS-Sensorelement 101 angeordnet, während das zweite Temperatursensorelement 109 am Verarbeitungselement 103 angeordnet ist.The sensor system 100 further comprises a first temperature sensor element 107 and a second temperature sensor element 109. In the embodiment shown, the first temperature sensor element 107 is arranged on the MEMS sensor element 101, while the second temperature sensor element 109 is arranged on the processing element 103.

Das erste Temperatursensorelement 107 ist eingerichtet, erste Temperaturwerte für einen ersten Teilbereich 114 des Raumbereichs 110 des Sensorsystems 100 aufzunehmen. Das zweite Temperatursensorelement 109 ist eingerichtet, zweite Temperaturwerte für einen zweiten Teilbereich 116 des Raumbereichs 110 des Sensorsystems 100 aufzunehmen. In der gezeigten Ausführungsform umfasst der erste Teilbereich 114 des ersten Temperatursensorelements 107 das MEMS-Sensorelement 101. Der zweite Teilbereich 116 des zweiten Temperatursensorelements 109 umfasst das Verarbeitungselement 103.The first temperature sensor element 107 is set up to record first temperature values for a first partial area 114 of the spatial area 110 of the sensor system 100 . The second temperature sensor element 109 is set up to record second temperature values for a second partial area 116 of the spatial area 110 of the sensor system 100 . In the embodiment shown, the first portion 114 of the first temperature sensor element 107 includes the MEMS sensor element 101. The second portion 116 of the second temperature sensor element 109 includes the processing element 103.

Das Heizelement 105 ist ferner neben dem Verarbeitungselement 103 angeordnet und über die Fixierungsschicht 121 am Substrat 111 fixiert.Furthermore, the heating element 105 is arranged next to the processing element 103 and fixed to the substrate 111 via the fixing layer 121 .

In der gezeigten Ausführungsform ist ferner ein Füllmedium 115 in dem Raumbereich 110 eingefüllt, sodass das MEMS-Sensorelement 101, das Verarbeitungselement 103, das Heizelement 105, das erste Temperatursensorelement 107 und das zweite Temperatursensorelement 109 vom Füllmedium 115 bedeckt sind.In the embodiment shown, a filling medium 115 is also filled in the spatial area 110 so that the MEMS sensor element 101, the processing element 103, the heating element 105, the first temperature sensor element 107 and the second temperature sensor element 109 are covered by the filling medium 115.

In der gezeigten Ausführungsform ist das MEMS-Sensorelement 101 ferner über eine Bonding-Verbindung 119 mit dem Verarbeitungselement 103 verbunden. In the embodiment shown, the MEMS sensor element 101 is further connected to the processing element 103 via a bonding connection 119 .

Darüber hinaus umfasst das Sensorsystem 100 in der gezeigten Ausführungsform ferner eine Datenverarbeitungseinrichtung 123, die über eine Datenverbindung 125 mit dem Verarbeitungselement 103 verbunden ist.In addition, the sensor system 100 in the embodiment shown also includes a data processing device 123 which is connected to the processing element 103 via a data connection 125 .

In der gezeigten Ausführungsform ist das Sensorsystem 100 eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren 200 zur Bestimmung von temperaruebedingten Abweichung der Sensorwerte und ein erfindungsgemäßes Verfahren 300 zur Temperaturkompensation von Sensorwerten des Sensorsystems 100 durchzuführen. Für eine nähere Erläuterung der Verfahren 200, 300 wird auf die Beschreibung zu 4 und 5 verwiesen.In the embodiment shown, the sensor system 100 is set up to carry out a method 200 according to the invention for determining temperature-related deviations in the sensor values and a method 300 according to the invention for temperature compensation of sensor values of the sensor system 100 . For a more detailed explanation of the methods 200, 300, refer to the description 4 and 5 referred.

Das Sensorsystem 100 ist ferner in einem Testmodus oder einem Betriebsmodus betreibbar. Im Testmodus ist das Sensorsystem 100 eingerichtet, gemäß dem Verfahren 200 eine temperaturbedingte Abweichung der Sensorwerte des Sensorsystems 100 zu ermitteln. Hierzu ist das Heizelement 105 eingerichtet, das Sensorsystem 100 und insbesondere die Komponenten innerhalb des Raumbereichs 110 aufzuheizen. Die ersten und zweiten Temperatursensorelemente 107, 109 sind hierbei eingerichtet, während des Heizens erste Temperaturwerte für den ersten Teilbereich 114 und zweite Temperaturwerte für den zweiten Teilbereich 116 aufzunehmen. In der gezeigten Ausführungsform ist das erste Temperatursensorelement 107 insbesondere eingerichtet, über die ersten Temperaturwerte eine Temperatur des MEMS-Sensorelements 101 aufzunehmen. Das zweite Temperatursensorelement 109 ist ferner eingerichtet, über die zweiten Temperaturwerte eine Temperatur des Verarbeitungselements 103 aufzunehmen.The sensor system 100 can also be operated in a test mode or an operating mode. In the test mode, the sensor system 100 is set up to determine a temperature-related deviation in the sensor values of the sensor system 100 according to the method 200 . For this purpose, the heating element 105 is set up to heat up the sensor system 100 and in particular the components within the spatial area 110 . The first and second temperature sensor elements 107, 109 are set up here to record first temperature values for the first partial area 114 and second temperature values for the second partial area 116 during the heating. In the embodiment shown, the first temperature sensor element 107 is set up in particular via the first temperature values record a temperature of the MEMS sensor element 101 . The second temperature sensor element 109 is also set up to record a temperature of the processing element 103 via the second temperature values.

Basierend auf den ersten und zweiten Temperaturwerten ist das Sensorsystem 100 ferner eingerichtet, temperaturbedingte Abweichungen der Sensorwerte des Sensorsystems 100 von temperaturkorrigierten Referenzwerten einer Messgröße zu ermitteln. Die Messgröße ist in der gezeigten Ausführungsform ein Atmosphärendruck einer das Sensorsystem 100 umgebenden Umgebung. Für eine nähere Beschreibung der Ermittlung der temperaturbedingten Abweichung der Sensorwerte des Sensorsystems 100 wird auf die Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens 200 verwiesen.Based on the first and second temperature values, the sensor system 100 is also set up to determine temperature-related deviations in the sensor values of the sensor system 100 from temperature-corrected reference values of a measured variable. In the embodiment shown, the measured variable is an atmospheric pressure of an environment surrounding the sensor system 100 . For a more detailed description of the determination of the temperature-related deviation of the sensor values of the sensor system 100, reference is made to the description of the method 200 according to the invention.

Gemäß einer Ausführungsform können die ersten und zweiten Temperatursensorelemente 107, 109 als Temperaturdioden ausgebildet sein. Insbesondere kann das erste Temperatursensorelement 107 in das MEMS-Sensorelement 101 integriert sein, während das zweite Temperatursensorelement 109 in das Verarbeitungselement 103 integriert sein kann.According to one embodiment, the first and second temperature sensor elements 107, 109 can be in the form of temperature diodes. In particular, the first temperature sensor element 107 can be integrated into the MEMS sensor element 101 while the second temperature sensor element 109 can be integrated into the processing element 103 .

Gemäß einer Ausführungsform und abweichend zu der in 1 gezeigten Ausführungsform kann das Sensorelement 101 als ein Feuchtigkeitssensorelement, ein Gassensorelement, ein Beschleunigungssensorelement, ein Magnetfeldsensorelement, ein Inertialsensorelement oder ein Drehratensensorelement ausgebildet sein. Gemäß einer Ausführungsform kann das Verarbeitungselement 103 als eine anwendungsspezifische Schaltung ASIC ausgebildet sein.According to one embodiment and different from that in 1 embodiment shown, the sensor element 101 can be designed as a moisture sensor element, a gas sensor element, an acceleration sensor element, a magnetic field sensor element, an inertial sensor element or a yaw rate sensor element. According to one embodiment, the processing element 103 can be embodied as an application-specific circuit ASIC.

Das Sensorsystem 100 ist eingerichtet die Verfahren 200, 300 über das Verarbeitungselement 103 und/oder über die Datenverarbeitungseinrichtung 123 auszuführen.Sensor system 100 is set up to carry out methods 200, 300 via processing element 103 and/or via data processing device 123.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer homogenen Temperaturverteilung in einem Sensorsystem 100 gemäß einer Ausführungsform. 2 shows a schematic representation of a homogeneous temperature distribution in a sensor system 100 according to an embodiment.

In 2 ist das Sensorsystem 100 aus 1 dargestellt. In 2 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit jedoch lediglich einzelne Komponenten des Sensorsystems 100 dargestellt. Das Sensorsystem 100 in 2 umfasst das Sensorelement 101, das Verarbeitungselement 103, die beide auf dem Substrat 111 und innerhalb des Gehäuses 113 angeordnet sind. In 2 ist das Sensorsystem 100 aufgeheizt und weist eine homogenen Temperaturverteilung auf. Die Temperaturverteilung ist anhand der verschieden dichten Schraffierungen dargestellt, wobei dunkel gefärbte Bereiche eine hohe Temperatur T aufweisen während in hell gefärbten Bereichen eine entsprechend niedrige Temperatur T herrscht. Das Heizen des Sensorsystems 100 kann in der gezeigten Ausführungsform beispielsweise durch eine externe Heizquelle, nicht dargestellt, erreicht werden. Das externe Heizen führt zu einer starken Erwärmung des Gehäuses 113 und zu einer homogenen Temperaturverteilung innerhalb des Gehäuses 113. Die innerhalb des Gehäuses 113 angeordneten Bauteile, das Sensorelement 101 und das Verarbeitungselement 103 weisen hierbei zwar unterschiedliche Temperaturen auf. Die Temperaturunterschiede sind jedoch gering und die einzelnen Bauteile gleichförmig geheizt, sodass sowohl das Sensorelement 101 als auch das Verarbeitungselement 103 eine einheitliche Temperatur aufweisen. Temperaturgradienten zwischen den einzelnen Bauteilen sind somit schwach ausgeprägt. Dies ermöglicht durch Temperaturmessungen an einem Messpunkt, Aussagen über Temperaturen in anderen Bereichen innerhalb des Gehäuses 113 zu treffen.In 2 the sensor system 100 is off 1 shown. In 2 however, only individual components of sensor system 100 are shown for reasons of clarity. The sensor system 100 in 2 comprises the sensor element 101, the processing element 103, both of which are arranged on the substrate 111 and within the housing 113. In 2 the sensor system 100 is heated and has a homogeneous temperature distribution. The temperature distribution is shown by hatching of different densities, with dark-colored areas having a high temperature T, while a correspondingly low temperature T prevails in light-colored areas. In the embodiment shown, the heating of the sensor system 100 can be achieved, for example, by an external heating source, not shown. The external heating leads to strong heating of the housing 113 and to a homogeneous temperature distribution within the housing 113. The components arranged within the housing 113, the sensor element 101 and the processing element 103 have different temperatures. However, the temperature differences are small and the individual components are heated uniformly, so that both the sensor element 101 and the processing element 103 have a uniform temperature. Temperature gradients between the individual components are therefore weak. Temperature measurements at a measuring point allow statements to be made about temperatures in other areas within the housing 113 .

3 zeigt eine schematische Darstellung einer inhomogenen Temperaturverteilung in einem Sensorsystem 100 gemäß einer Ausführungsform. 3 shows a schematic representation of an inhomogeneous temperature distribution in a sensor system 100 according to an embodiment.

3 zeigt das Sensorsystem aus 2. Abweichend weist das Sensorsystem 100 in 3 ein Heizelement 105 auf. In 3 ist eine Temperaturverteilung innerhalb des Gehäuses 113 des Sensorsystems 100 gezeigt, wenn dieses über das Heizelement 105 geheizt wird. Durch das Heizen über das Heizelement 105 entsteht eine stark inhomogene Temperaturverteilung, bei der das Verarbeitungselement 103, in dessen unmittelbarere Nähe das Heizelement 105 angeordnet ist, sehr stark geheizt wird, während weiter vom Heizelement 105 entfernte Bereiche innerhalb des Gehäuses schwach geheizt werden und entsprechend geringe Temperaturen aufweisen. Hierdurch entstehen starke Temperaturunterschiede zwischen Bereichen direkt am Verarbeitungselement 103 und Bereichen direkt am Heizelement 105. Auch zeigt das Verarbeitungselement 103 eine nicht konstante Temperaturverteilung auf, bei der Bereiche des Verarbeitungselements 103 direkt benachbart zum Heizelement 105 eine höhere Temperatur aufweisen als vom Heizelement 105 weiter entfernte Bereiche, beispielsweise an den Rändern des Verarbeitungselements 103. Hierdurch entstehen starke Temperaturgradienten für den Bereich innerhalb des Gehäuses 113. Die starken Temperaturgradienten erlauben es nicht, durch lediglich eine Temperaturmessung an einem Messpunkt innerhalb des Gehäuses 113 auf Temperaturen in anderen Bereichen innerhalb des Gehäuses 113 zu schließen. 3 shows the sensor system 2 . Deviating from this, the sensor system 100 in 3 a heating element 105 on. In 3 1 shows a temperature distribution within the housing 113 of the sensor system 100 when this is heated via the heating element 105 . Heating via the heating element 105 results in a highly inhomogeneous temperature distribution, in which the processing element 103, in the immediate vicinity of which the heating element 105 is arranged, is heated very strongly, while areas within the housing that are further away from the heating element 105 are heated weakly and correspondingly little have temperatures. This results in strong temperature differences between areas directly on the processing element 103 and areas directly on the heating element 105. The processing element 103 also shows a non-constant temperature distribution, in which areas of the processing element 103 directly adjacent to the heating element 105 have a higher temperature than areas further away from the heating element 105 , for example at the edges of the processing element 103. This creates strong temperature gradients for the area inside the housing 113. The strong temperature gradients do not allow temperatures in other areas within the housing 113 to be inferred by merely measuring the temperature at a measuring point within the housing 113 .

2 und 3 zeigen leidgliche beispielhafte Temperaturverteilungen und dienen nicht dazu, reelle Temperaturverteilungen in Sensorsystemen zu illustrieren. 2 and 3 show merely exemplary temperature distributions and are not intended to serve to illustrate real temperature distributions in sensor systems.

4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 200 zur Bestimmung von temperaturbedingten Abweichungen gemäß einer Ausführungsform. 4 FIG. 2 shows a flow diagram of a method 200 for determining temperature-related deviations according to an embodiment.

Das erfindungsgemäße Verfahren 200 zur Bestimmung von temperaturbedingten Abweichungen von Sensorwerten eines Sensorsystems 100 kann auf ein Sensorsystem gemäß den 1 bis 3 angewendet werden.The method 200 according to the invention for determining temperature-related deviations from sensor values of a sensor system 100 can be applied to a sensor system according to 1 until 3 be applied.

Das Verfahren 100 zur Bestimmung von temperaturbedingten Abweichungen von Sensorwerten kann in einem Testmodus des Sensorsystems 100 ausgeführt werden. Hierzu wird das Sensorsystem 100 zunächst über das Heizelement 105 auf verschiedenen Temperaturen aufgeheizt. Das Aufheizen kann beispielsweise über einen vorbestimmten Zeitraum erfolgen bzw. bis zum Erreichen einer vorbestimmten Temperatur durchgeführt werden.Method 100 for determining temperature-related deviations in sensor values can be carried out in a test mode of sensor system 100 . For this purpose, the sensor system 100 is first heated to different temperatures via the heating element 105 . The heating can take place, for example, over a predetermined period of time or be carried out until a predetermined temperature is reached.

Für verschiedene Temperaturen wird in einem ersten Verfahrensschritt 201 eine Mehrzahl von Temperaturwerten des ersten und des zweiten Temperaturelements 107, 109 für eine Mehrzahl von Teilbereichen 114, 116 des das MEMS-Sensorelement 101 und das Verarbeitungselement 103 umfassenden Raumbereichs 110 des geheizten Sensorsystems 100 bereitgestellt. Hierzu werden durch die ersten und zweiten Temperatursensorelemente 107, 109 entsprechende Temperaturmessungen durchgeführt. Über die Temperaturmessung des ersten Temperatursensorelements 107 kann eine Temperatur des ersten Teilbereichs 114 des Raumbereichs 110 des Sensorsystems 100 ermittelt werden. Über die Temperaturmessung des zweiten Temperatursensorelements 109 kann eine Temperatur des zweiten Teilbereichs 116 des Raumbereichs 110 ermittelt werden.In a first method step 201, a plurality of temperature values of the first and second temperature elements 107, 109 are provided for different temperatures for a plurality of partial regions 114, 116 of the spatial region 110 of the heated sensor system 100 comprising the MEMS sensor element 101 and the processing element 103. For this purpose, corresponding temperature measurements are carried out by the first and second temperature sensor elements 107 , 109 . A temperature of the first partial area 114 of the spatial area 110 of the sensor system 100 can be determined via the temperature measurement of the first temperature sensor element 107 . A temperature of the second partial area 116 of the spatial area 110 can be determined via the temperature measurement of the second temperature sensor element 109 .

In einem weiteren Verfahrensschritt 203 werden Messwerte der Messgröße des Sensorelements 101 bereitgestellt. Die Messwerte wurden durch das Sensorelement 101 hierzu während des Heizens aufgenommen.In a further method step 203, measured values of the measured variable of the sensor element 101 are provided. For this purpose, the measured values were recorded by the sensor element 101 during the heating.

In einem Verfahrensschritt 205 werden Sensorwerte des Sensorsystems 100 bereitgestellt. Die Sensorwerte basieren hierbei auf einer Verarbeitung der Messwerte des Sensorelements 101 durch das Verarbeitungselement 103.In a method step 205, sensor values of the sensor system 100 are provided. In this case, the sensor values are based on processing of the measured values of sensor element 101 by processing element 103.

In einem weiteren Verfahrensschritt 209 wird basierend auf den ersten und zweiten Temperaturwerten eine Temperaturverteilung innerhalb des Raumbereichs 110 bestimmt.In a further method step 209, a temperature distribution within the spatial region 110 is determined based on the first and second temperature values.

In einem Verfahrensschritt 207 werden basierend auf den ersten und zweiten Temperaturwerten und/oder basierend auf der Temperaturverteilung innerhalb des Raumbereichs 110 temperaturbedingte Abweichungen der Sensorwerte von Referenzwerten der Messgröße ermittelt.In a method step 207, temperature-related deviations of the sensor values from reference values of the measured variable are determined based on the first and second temperature values and/or based on the temperature distribution within the spatial area 110 .

In der gezeigten Ausführungsform umfasst der Verfahrensschritt 207 einen Verfahrensschritt 211, in dem zur Ermittlung der temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte eine Modellbeschreibung von Temperatureinflüssen auf im Raumbereich 110 angeordnete Komponenten 112 des Sensorsystems 100 bestimmt werden. Die Komponenten 112 können hierbei das MEMS-Sensorelement 101, das Verarbeitungselement 103, das Heizelement 105, die ersten und zweiten Temperatursensorelemente 107, 109, das Substrat 111, das Gehäuse 113, das Füllmedium 115, die Verbindungsschicht 117, die Bonding-Verbindung 119 und die Fixierungsschicht 121 des Sensorsystems 100 gemäß dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfassen. Über die Modellbeschreibung können Temperatureinflüsse aller Komponenten des Sensorsystems 100 bzw. der relevanten Komponenten 112 des Sensorsystems 100 und deren Einflüsse auf die temperaturbedingte Abweichung der Sensorwerte des Sensorsystems 100 berücksichtigt werden. Eine Modellbeschreibung kann hierbei auf einer entsprechenden mathematischen Funktion bzw. auf einem entsprechenden Algorithmus basieren. Die Modellbeschreibung kann bereits vorbekannt sein und im Verfahrensschritt 211 lediglich ausgeführt werden.In the embodiment shown, method step 207 comprises a method step 211 in which a model description of temperature influences on components 112 of sensor system 100 arranged in spatial region 110 is determined in order to determine the temperature-related deviations in the sensor values. The components 112 can be the MEMS sensor element 101, the processing element 103, the heating element 105, the first and second temperature sensor elements 107, 109, the substrate 111, the housing 113, the filling medium 115, the connection layer 117, the bonding connection 119 and the fixing layer 121 of the sensor system 100 according to the in 1 embodiment shown include. Temperature influences of all components of sensor system 100 or relevant components 112 of sensor system 100 and their influences on the temperature-related deviation of the sensor values of sensor system 100 can be taken into account via the model description. A model description can be based on a corresponding mathematical function or on a corresponding algorithm. The model description can already be known and can only be executed in method step 211 .

In der beschriebenen Ausführungsform wird durch die ersten Temperaturwerte des ersten Temperatursensorelements 107 eine Temperatur des Sensorelements 101 bestimmt, während durch die zweiten Temperaturwerte des zweiten Temperatursensorelements 109 eine Temperatur des Verarbeitungselements 103 bestimmt wird. Hierzu kann gemäß der Ausführungsform in 1 das erste Temperatursensorelement 107 beispielsweise auf dem MEMS-Sensorelement 101 angeordnet sein, während das zweite Temperatursensorelement 109 auf dem Verarbeitungselement 103 angeordnet ist. Alternativ kann das erste Temperatursensorelement 107 beispielsweise in das MEMS-Sensorelement 101 als eine Temperaturdiode integriert sein, während das zweite Temperatursensorelement 109 in das Verarbeitungselement 103 als eine Temperaturdiode integriert ist.In the embodiment described, a temperature of the sensor element 101 is determined by the first temperature values of the first temperature sensor element 107 , while a temperature of the processing element 103 is determined by the second temperature values of the second temperature sensor element 109 . For this purpose, according to the embodiment in 1 the first temperature sensor element 107 can be arranged on the MEMS sensor element 101, for example, while the second temperature sensor element 109 can be arranged on the processing element 103. Alternatively, the first temperature sensor element 107 can be integrated into the MEMS sensor element 101 as a temperature diode, for example, while the second temperature sensor element 109 is integrated into the processing element 103 as a temperature diode.

In einem Verfahrensschritt 213 werden zum Ermitteln der temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte des Sensorsystems 100 die temperaturbedingten Abweichungen der Messwerte des Sensorelements 101 ermittelt. Zusätzlich oder alternativ werden die temperaturbedingten Abweichungen der Ausgabewerte des Verarbeitungselements 103 ermittelt, die durch die Verarbeitung der Messwerte des Sensorelements 101 generiert sind. Die Ermittlung der temperaturbedingten Abweichungen der Messwerte des Sensorelements 101 bzw. der Ausgabewerte des Verarbeitungselements 103 wird basierend auf den ersten und zweiten Temperaturwerten der ersten und zweiten Temperatursensorelemente 107, 109 durchgeführt.In a method step 213, the temperature-related deviations in the measured values of sensor element 101 are determined in order to determine the temperature-related deviations in the sensor values of sensor system 100. Additionally or alternatively, the temperature-related deviations determined from the output values of the processing element 103, which are generated by processing the measured values of the sensor element 101. The determination of the temperature-related deviations in the measured values of the sensor element 101 or the output values of the processing element 103 is carried out on the basis of the first and second temperature values of the first and second temperature sensor elements 107, 109.

Basierend auf den ermittelten temperaturbedingten Abweichungen der Messwerte des Sensorelements 101 und der Ausgabewerte des Verarbeitungselements 103 werden die temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte des Sensorsystems 100 bestimmt.The temperature-related deviations in the sensor values of sensor system 100 are determined on the basis of the determined temperature-related deviations in the measured values of sensor element 101 and the output values of processing element 103 .

Durch die Bestimmung der temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte des Sensorsystems 100, die beispielsweise durch einen Temperaturkoeffizientenoffset TCO gegeben sein können, kann eine Kalibrierung des Sensorsystems 100 durchgeführt werden.By determining the temperature-related deviations in the sensor values of sensor system 100, which can be given by a temperature coefficient offset TCO, for example, sensor system 100 can be calibrated.

5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 300 zur Temperaturkompensation von Sensorwerten gemäß einer Ausführungsform. 5 FIG. 3 shows a flow diagram of a method 300 for temperature compensation of sensor values according to an embodiment.

Das erfindungsgemäße Verfahren 200 zur Temperaturkompensation von Sensorwerten eines Sensorsystems 100 kann auf ein Sensorsystem gemäß den 1 bis 3 angewendet werden.The method 200 according to the invention for temperature compensation of sensor values of a sensor system 100 can be applied to a sensor system according to 1 until 3 be applied.

Das Verfahren 300 kann beispielsweise in einem Betriebsmodus des Sensorsystems 100 ausgeführt werden.The method 300 can be carried out in an operating mode of the sensor system 100, for example.

In einem ersten Verfahrensschritt 301 wird eine Kompensation der temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte des Sensorsystems 100 durchgeführt. Die temperaturbedingten Abweichungen sind hierbei gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren 200 zur Bestimmung von temperaturbedingten Abweichungen bestimmt.In a first method step 301, the temperature-related deviations in the sensor values of sensor system 100 are compensated. The temperature-related deviations are determined according to the method 200 according to the invention for determining temperature-related deviations.

In einem Verfahrensschritt 303 werden dementsprechend temperaturkompensierte Sensorwerte des Sensorsystems 100 generiert.Accordingly, in a method step 303, temperature-compensated sensor values of the sensor system 100 are generated.

In einer alternativen Ausführungsform können die ersten und zweiten Temperatursensorelemente 107, 109 an beliebigen Stellen innerhalb des Raumbereichs 110 des Sensorsystems 100 angeordnet und ausgebildet sein, Temperaturwerte für beliebige Teilbereiche des Raumbereichs 110 aufzunehmen.In an alternative specific embodiment, the first and second temperature sensor elements 107 , 109 can be arranged at any point within the spatial area 110 of the sensor system 100 and designed to record temperature values for any partial areas of the spatial area 110 .

In einer alternativen Ausführungsform kann das Sensorsystem 100 eine beliebige Anzahl verschiedener Temperatursensorelemente aufweisen, über die Temperaturwerte verschiedener Teilbereiche des Raumbereichs 110 aufgenommen werden können. Über die Mehrzahl von Temperatursensorelementen kann eine detaillierte Temperaturverteilung innerhalb des Raumbereichs 110 ermittelt werden.In an alternative embodiment, the sensor system 100 can have any number of different temperature sensor elements, via which temperature values of different partial areas of the spatial area 110 can be recorded. A detailed temperature distribution within the spatial region 110 can be determined via the plurality of temperature sensor elements.

Über die detailliert beschriebene Temperaturverteilung, die beispielsweise über eine entsprechende Modellbeschreibung erfolgt, können die Temperaturen der einzelnen Komponenten 112 des Sensorsystems 100 bestimmt werden. Hierauf basierend können temperaturbedingte Abweichungen der Ausgabewerte der einzelnen Komponenten 112 bzw. temperaturbedingte Einflüsse der Komponenten 112 auf die Sensorwerte des Sensorsystems 100 detailliert bestimmt werden.The temperatures of the individual components 112 of the sensor system 100 can be determined via the temperature distribution described in detail, which occurs for example via a corresponding model description. Based on this, temperature-related deviations in the output values of the individual components 112 or temperature-related influences of the components 112 on the sensor values of the sensor system 100 can be determined in detail.

Das Verfahren 200 zur Bestimmung von temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte des Sensorsystems 100 und/oder das Verfahren 300 zur Temperaturkompensation der Sensorwerte des Sensorsystems 100 können durch das Verarbeitungselement 103 oder die externen Datenverarbeitungseinrichtung 123 des Sensorsystems 100 ausgeführt werden.The method 200 for determining temperature-related deviations in the sensor values of the sensor system 100 and/or the method 300 for temperature compensation of the sensor values of the sensor system 100 can be carried out by the processing element 103 or the external data processing device 123 of the sensor system 100.

6 zeigt eine schematische Darstellung einer elektronischen Vorrichtung 400 mit einem Sensorsystem 100 gemäß einer Ausführungsform. 6 FIG. 4 shows a schematic representation of an electronic device 400 with a sensor system 100 according to an embodiment.

In der gezeigten Ausführungsform umfasst die elektronische Vorrichtung 400 neben dem mikroelektromechanischen Sensorsystem 100 eine Steuereinheit 401. Die Steuereinheit 401 ist datentechnisch mit dem Sensorsystem 100 verbunden und eingerichtet, die Sensorwerte des Sensorsystems 100 zu verarbeiten. Die Steuereinheit 301 kann die Datenverarbeitungseinrichtung 123 umfassen.In the embodiment shown, the electronic device 400 includes a control unit 401 in addition to the microelectromechanical sensor system 100 . The control unit 301 can include the data processing device 123 .

Die elektronische Vorrichtung 400 kann eine Vorrichtung aus der Konsumerelektronik, beispielsweise ein Smartphone oder eine Smartwatch sein. Die Erfindung soll auf die angeführten Beispiele jedoch nicht beschränkt sein.The electronic device 400 may be a consumer electronic device, such as a smartphone or a smart watch. However, the invention should not be limited to the examples given.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • US 2019/0086284 A1 [0002]US 2019/0086284 A1 [0002]

Claims (12)

Verfahren (200) zur Bestimmung von temperaturbedingten Abweichungen von Sensorwerten eines Sensorsystems (100), umfassend: Bereitstellen (201) von Temperaturwerten einer Mehrzahl von Temperatursensorelementen (107, 109) für eine Mehrzahl von Teilbereichen (114, 116) eines ein MEMS-Sensorelement (101) und ein Verarbeitungselement (103) umfassenden Raumbereichs (110) eines durch ein integriertes Heizelement (105) geheizten Sensorsystems (100); Bereitstellen (203) von Messwerten einer Messgröße des Sensorelements (101); Bereitstellen (205) von Sensorwerten, wobei die Sensorwerte durch Verarbeiten der Messwerte durch das Verarbeitungselement (103) generiert sind; und basierend auf den Temperaturwerten der Temperatursensorelemente (107, 109) Ermitteln (207) von temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte von Referenzwerten der Messgröße.Method (200) for determining temperature-related deviations from sensor values of a sensor system (100), comprising: Providing (201) temperature values of a plurality of temperature sensor elements (107, 109) for a plurality of sub-areas (114, 116) of a spatial area (110) comprising a MEMS sensor element (101) and a processing element (103) of an integrated heating element ( 105) heated sensor system (100); providing (203) measured values of a measured variable of the sensor element (101); providing (205) sensor values, the sensor values being generated by processing the measured values by the processing element (103); and based on the temperature values of the temperature sensor elements (107, 109), determining (207) temperature-related deviations of the sensor values from reference values of the measured variable. Verfahren (200) nach Anspruch 1, ferner umfassend: Bestimmen (209) einer Temperaturverteilung innerhalb des Raumbereichs (110) basierend auf den Temperaturwerten für die Mehrzahl von Teilbereichen (114, 116) des Raumbereichs (110) und Berücksichtigen der Temperaturverteilung in der Ermittlung (207) der temperaturbedingten Abweichungen.Method (200) according to claim 1 , further comprising: determining (209) a temperature distribution within the spatial area (110) based on the temperature values for the plurality of partial areas (114, 116) of the spatial area (110) and taking into account the temperature distribution in the determination (207) of the temperature-related deviations. Verfahren (200) nach Anspruch 2, wobei das Ermitteln (207) der temperaturbedingten Abweichungen umfasst: Ausführen (211) einer Modellbeschreibung von Temperatureinflüssen auf im Raumbereich (110) angeordnete Komponenten (112) des Sensorsystems (100), wobei die Modellbeschreibung auf den Temperaturwerten der Mehrzahl von Teilbereichen (114, 116) des Raumbereichs (110) und/oder der Temperaturverteilung basiert.Method (200) according to claim 2 , wherein the determination (207) of the temperature-related deviations comprises: executing (211) a model description of temperature influences on components (112) of the sensor system (100) arranged in the spatial area (110), the model description being based on the temperature values of the plurality of partial areas (114, 116) of the spatial area (110) and/or the temperature distribution. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei durch Temperaturwerte eines ersten Temperatursensorelements (107) eine Temperatur des Sensorelements (101) und/oder durch Temperaturwerte eines zweiten Temperatursensorelements (109) eine Temperatur des Verarbeitungselements (103) bestimmt sind.Method according to one of the preceding claims, a temperature of the sensor element (101) being determined by temperature values of a first temperature sensor element (107) and/or a temperature of the processing element (103) being determined by temperature values of a second temperature sensor element (109). Verfahren (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren (200) in regelmäßigen Zeitabständen automatisch und/oder ereignis-initiiert und/oder von einem Host-System initiiert durchgeführt wird.Method (200) according to one of the preceding claims, wherein the method (200) is carried out automatically and/or event-initiated and/or initiated by a host system at regular time intervals. Verfahren (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln (207) der temperaturbedingten Abweichungen umfasst: Ermitteln (213) von temperaturbedingten Abweichungen der Messwerte des Sensorelements (101) und/oder der Ausgabewerte des Verarbeitungselements (103).Method (200) according to one of the preceding claims, wherein the determination (207) of the temperature-related deviations comprises: Determination (213) of temperature-related deviations in the measured values of the sensor element (101) and/or the output values of the processing element (103). Verfahren (300) zur Temperaturkompensation von Sensorwerten eines Sensorsystems (100), umfassend: Kompensieren (301) von temperaturbedingten Abweichungen der Sensorwerte unter Berücksichtigung einer Mehrzahl von Temperaturwerten einer Mehrzahl von Teilbereichen (114, 116) und/oder einer Temperaturverteilung eines Raumbereichs (110) des Sensorsystems (100), wobei die temperaturbedingten Abweichungen gemäß einem Verfahren (200) zur Bestimmung von temperaturbedingten Abweichungen nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 6 bestimmt sind; und Generieren (303) von temperaturkompensierten Sensorwerten des Sensorsystems (100).Method (300) for temperature compensation of sensor values of a sensor system (100), comprising: Compensating (301) for temperature-related deviations in the sensor values, taking into account a plurality of temperature values of a plurality of partial areas (114, 116) and/or a temperature distribution of a spatial area (110) of the sensor system (100), wherein the temperature-related deviations according to a method (200) for determining temperature-related deviations according to one of the preceding Claims 1 until 6 are determined; and generating (303) temperature-compensated sensor values of the sensor system (100). Sensorsystem (100), mit einem MEMS-Sensorelement (101) zur Erfassung einer Messgröße, einem Verarbeitungselement (103) zum Verarbeiten der Messwerte des Sensorelements (101), einem Heizelement (105) zum Heizen des Sensorsystems (100), einer Mehrzahl von Temperatursensorelementen (107, 109), wobei die Temperatursensorelemente (107, 109) eingerichtet sind, Temperaturwerte einer Mehrzahl von Teilbereichen (114, 116) eines das MEMS-Sensorelement (101) und das Verarbeitungselement (103) umfassenden Raumbereichs (110) des Sensorsystems (100) zu bestimmen.Sensor system (100), with a MEMS sensor element (101) for detecting a measured variable, a processing element (103) for processing the measured values of the sensor element (101), a heating element (105) for heating the sensor system (100), a plurality of temperature sensor elements (107, 109), wherein the temperature sensor elements (107, 109) are set up to record temperature values of a plurality of partial areas (114, 116) of a spatial area (110) of the sensor system (100) comprising the MEMS sensor element (101) and the processing element (103). ) to determine. Sensorsystem (100) nach Anspruch 8, wobei das Sensorsystem (100) eingerichtet ist, ein Verfahren (200) zur Bestimmung von temperaturbedingten Abweichungen nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 6 und/oder ein Verfahren (300) zur Temperaturkompensation nach Anspruch 7 auszuführen.Sensor system (100) according to claim 8 , wherein the sensor system (100) is set up, a method (200) for determining temperature-related deviations according to one of the preceding Claims 1 until 6 and/or a method (300) for temperature compensation claim 7 to execute. Sensorsystem (100) nach Anspruch 8 oder 9, wobei das erste Temperatursensorelement (107) als Temperaturdiode ausgebildet und in das MEMS-Sensorelement (101) integriert ist, und/oder wobei das zweite Temperatursensorelement (109) als eine Temperaturdiode ausgebildet und in das Verarbeitungselement (103) integriert ist.Sensor system (100) according to claim 8 or 9 , wherein the first temperature sensor element (107) is designed as a temperature diode and is integrated into the MEMS sensor element (101), and/or wherein the second temperature sensor element (109) is designed as a temperature diode and is integrated into the processing element (103). Sensorsystem (100) nach Anspruch einem der voranstehenden Ansprüche 8 bis 10, wobei das Sensorelement (101) als ein Drucksensorelement, ein Feuchtigkeitssensorelement, ein Gassensorelement, ein Beschleunigungssensorelement, ein Magnetfeldsensorelement, ein Inertialsensorelement oder ein Drehratensensorelement ausgebildet ist, und/oder wobei das Verarbeitungselement (103) als eine anwendungsspezifische Schaltung ASIC ausgebildet ist.Sensor system (100) according to claim one of the preceding Claims 8 until 10 , wherein the sensor element (101) is designed as a pressure sensor element, a humidity sensor element, a gas sensor element, an acceleration sensor element, a magnetic field sensor element, an inertial sensor element or a yaw rate sensor element, and/or wherein the processing element (103) is designed as an application-specific circuit ASIC. Elektronische Vorrichtung (300) mit einem Sensorsystem (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche 8 bis 11.Electronic device (300) with a sensor system (100) according to one of the preceding Claims 8 until 11 .
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