DE19525147C2 - Piezoelektrischer Biegesensor, insbesondere Serien-Bimorph-Sensor - Google Patents

Piezoelektrischer Biegesensor, insbesondere Serien-Bimorph-Sensor

Info

Publication number
DE19525147C2
DE19525147C2 DE19525147A DE19525147A DE19525147C2 DE 19525147 C2 DE19525147 C2 DE 19525147C2 DE 19525147 A DE19525147 A DE 19525147A DE 19525147 A DE19525147 A DE 19525147A DE 19525147 C2 DE19525147 C2 DE 19525147C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
elements
bending
electrodes
bending sensor
piezoelectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE19525147A
Other languages
English (en)
Other versions
DE19525147A1 (de
Inventor
Richard Baur
Alfons Woehrl
Peter Hora
Anton Woermann
Hans Spies
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Conti Temic Microelectronic GmbH
Original Assignee
Temic Telefunken Microelectronic GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Temic Telefunken Microelectronic GmbH filed Critical Temic Telefunken Microelectronic GmbH
Priority to DE19525147A priority Critical patent/DE19525147C2/de
Publication of DE19525147A1 publication Critical patent/DE19525147A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE19525147C2 publication Critical patent/DE19525147C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P1/00Details of instruments
    • G01P1/006Details of instruments used for thermal compensation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/09Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by piezoelectric pick-up
    • G01P15/0922Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by piezoelectric pick-up of the bending or flexing mode type
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2041Beam type
    • H10N30/2042Cantilevers, i.e. having one fixed end

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Air Bags (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen piezoelektrischen Biegesensor gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2.
Derartige Sensoren, wie bspw. der DE 28 46 371 A1 zu entnehmen, weisen als Sensorelement ein an einer Referenzstelle mechanisch eingespanntes Biegeelement aus piezoelektrischem Material, z. B. eine Piezokeramik, bzw. eine Anordnung aus mehreren solchen Biegeelementen auf. Das Sensor­ element wird bei auf dieses wirkenden Kräften oder Beschleunigungen ausgelenkt, wobei aufgrund des piezoelektrischen Effektes eine Ladungs­ verschiebung resultiert, die an den Oberflächen der Biegeelemente eine positive bzw. negative elektrische Ladung zur Folge hat. Die Ladungsmenge wird üblicherweise durch eine Spannungsmessung an der Eigenkapazität des Biegesensors bestimmt, wobei dann die gemessene elektrische Spannung der Beschleunigung proportional ist und deshalb als Beschleu­ nigungssignal bezeichnet wird.
Für Beschleunigungsmessungen eignen sich hierbei besonders gut soge­ nannte Antipol-Serien-Bimorph-Biegesensoren. Diese Sensoren bestehen aus einem Verbund aus einer durch zwei teilbaren Anzahl, einfacherweise zwei, Keramikbalken mit gegensinniger Polarisation, auf deren Balken-Verbin­ dungsseiten üblicherweise als dünne, elektrisch hochleitfähige Beschichtun­ gen ausgebildete Außenelektroden aufgebracht sind. Die gegensinnige Pola­ risation bedeutet, daß bei einer Biegung der Anordnung an den Außensei­ ten der Keramikbalken gleichsinnige Ladungen erzeugt werden. Das Be­ schleunigungssignal wird zwischen den beiden Außenelektroden des Biege­ sensors abgegriffen.
Diese Serien-Bimorph-Biegesensoren sind kostengünstig herzustellen und weisen zusätzlich den Vorteil auf, daß infolge des pyroelektrischen Effektes erzeugte Spannungen zumindest ansatzweise kompensiert werden. Außer­ dem haben sie wegen ihrer gegenüber Axial- bzw. Kompressionssensoren geringeren Steifigkeit eine niedrigere Resonanzfrequenz und eine geringere mechanische und elektrische Impedanz. Insbesondere solche Serien-Bimorph-Biegesensoren sind als sogenannte Crash-Sensoren in Kraft­ fahrzeugen vorteilhaft einzusetzen, um im Falle eines Aufprallunfalles des Kraftfahrzeuges z. B. eine Sicherheitseinrichtung, so etwa das Aufblasen eines Luftkissens (Airbag) auszulösen, um den Fahrer bzw. die Fahrerin abzufangen und einen Zusammenprall mit Lenkrad, Windschutzscheibe etc. zu verhindern.
In Versuchen mit solchen Serien-Bimorph-Biegesensoren hat es sich gezeigt, daß trotz der ansatzweisen Kompensation des pyroelektrischen Effektes bei Temperaturänderungen Falschsignale auftreten, die zudem noch - aufgrund der Herstellungstoleranzen der Biegesensoren - von Exemplar zu Exemplar und über die Zeit stochastisch variieren. Die Amplituden der Falschsignale bei herkömmlichen Biegesensoren reichen zumindest teilweise in den Be­ reich der Nutzsignale und in den Bereich einer Schwellenspannung, bei der die Sicherheitseinrichtung ausgelöst wird. Es ist daher notwendig, zwischen Falsch- und Nutzsignalen zu diskriminieren. Es ist zwar möglich, die Schwankungsbreite der Falschsignale durch entsprechende Verringerung der Fertigungstoleranzen zu verkleinern. Dies erhöht aber den Herstellungsaufwand, so daß der Vorteil der an sich kostengünstigen Herstellung solcher Biegesensoren zumindest teilweise wieder zunichte ge­ macht wird.
Zur Diskrimination zwischen Falsch- und Nutzsignalen ist es bekannt, zwei physikalisch antiparallel angeordnete Biegesensoren vorzusehen, deren Si­ gnale in einem Mikroprozessor innerhalb der Auslöseschaltung für die Si­ cherheitseinrichtung ausgewertet werden. Anhand von Vergleichen und ei­ ner Plausibilitätsprüfung können Falschsignale ermittelt und verworfen wer­ den. Für diese Lösung ist somit ein Mehraufwand an Mechanik, Material und Elektronik erforderlich, der die Herstellungskosten beträchtlich erhöht.
Die zuvor geschilderten Charakteristiken von Serien-Bimorph-Biegesensoren treffen selbstverständlich auch für Multimorph-Sensoren zu, die aus mehr als zwei balkenförmigen Piezokeramiken mit abwechselnd antiparalleler Polarisation zusammengesetzt sind. Allerdings haben derartige Multimorph- Biegesensoren für die hier in Rede stehenden Anwendungszwecke nicht eine derartige Bedeutung wie die Bimorph-Biegesensoren.
Aus der US 3,349,629 ist ein Beschleunigungssensor zu entnehmen, bei dem eine schwingend gelagerte Masse bei Beschleunigungen gegen eine Anordnung aus zwei Piezokristallen gepreßt wird und dort zu zweiSpannungssignalen führt. Die Lehre der US 3,349,629 bezieht sich auf die Bewirkung einer frequenzabhängigen Dämpfung des Ausgangssignals, insbesondere im Bereich der Eigenfrequenz der Piezokristalle (vgl. bspw. Spalte 3, Zeile 48 ff. sowie insgesamt die Beschreibung der dortigen Fig. 3, Spalten 3 und 4). Dabei wird genau ein Piezokristall durch einen Widerstand und eine zusätzliche Elektrode überbrückt.
Die Piezokristalle sind hinsichtlich ihrer Signalspannung entgegengesetzt gepolt. Es wird ein dem ersten Signal ab einer bestimmten Frequenz entgegenwirkendes (zweites) Signal erzeugt. Dazu muß der Frequenzgang der RC-Hochpaßanordnung, die sich aus der kapazitiven Wirkung des Piezokristalls und dem Überbrückungswiderstand ergibt, entsprechend auf eine Grenzfrequenz eingestellt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Biegesensoren der in Rede ste­ henden Art und insbesondere Serien-Bimorph-Biegesensoren so zu modifi­ zieren, daß Falschsignale reduziert oder gar eliminiert werden können, so daß die Ausgangssignale des Biegesensors im wesentlichen frei von tempe­ raturänderungsbedingten Falschsignalen sind. Durch die Modifikation sollen die Herstellungskosten nicht wesentlich erhöht werden, so daß Biege­ sensoren als Massenware weiterhin kostengünstig produziert werden können.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil der Patentansprüche 1 und 2 angegebenen Merkmale gelöst.
Demgemäß sind zwischen den Elektroden der einzelnen balkenförmigen Biegeelemente elektrische Ableitelemente vorgesehen, die mit den Außen­ elektroden der Biegebalken verbunden sind. Diese Ableitelemente sind z. B. ohmsche Widerstände oder nichtlineare spannungsabhängige Bauteile, ins­ besondere Dioden oder eine Kombination aus solchen Elementen.
Wie oben erwähnt, wurde bisher angenommen, daß die durch den pyro­ elektrischen Effekt innerhalb der Sensoranordnung erzeugten Spannungen durch die Bimorph- oder Multimorph-Struktur im wesentlichen kompensiert werden. Dies trifft jedoch nur für die Außenelektroden des Biegeelementes zu. Im Verbindungs- bzw. Anlagebereich zwischen den Piezokeramiken wer­ den jedoch bei Temperaturänderungen Ladungsdifferenzen und somit ein elektrisches Feld erzeugt, dessen Feldstärke von dem pyroelektrischen Koef­ fizienten der jeweiligen Piezokeramik und der Temperaturdifferenz ab­ hängt. Infolge des Aufbaues bzw. der Änderung dieses "Pyro-Feldes" ändert bzw. verschiebt sich einerseits die Polarisation der Piezokeramiken, d. h. die Aufladung an deren Oberflächen, obwohl der Sensor nicht durch eine Be­ schleunigung oder eine Kraft ausgelenkt wurde; andererseits baut sich die­ ses Pyro-Feld aufgrund der nicht spezifizierten und auch unterschiedlichen Eigenleitfähigkeit der verwendeten Keramikmaterialien mehr oder minder undefiniert ab. Die Eigenleitfähigkeit hängt zwar etwa exponentiell von der Temperatur ab, ist aber in ihrem absoluten Wert nicht spezifiziert, d. h., kann von Keramik ZU Keramik variieren. Ist die Eigenleitfähigkeit der Piezoke­ ramiken unterschiedlich, fließt aufgrund dieser Effekte ein Strom durch den Sensor und den Entladewiderstand zwischen den beiden Außenelektroden. Der dadurch verursachte Spannungsabfall längs dieses Meßwiderstandes wird gemessen und als Nutzsignal registriert, obwohl es sich um ein Falschsi­ gnal handelt.
Es konnte festgestellt werden, daß abhängig vom Vorzeichen des Tempera­ turgradienten, d. h. abhängig vom Anstieg bzw. Abfall der Temperatur, der temperaturbedingte Auf- und Abbau des Pyro-Feldes einerseits die Steilheit der dielektrischen Hysteresekurve der Piezokeramik beeinflußt, daß es ande­ rerseits aber auch an ionisationsanfälligen Isolationsschwachstellen zu ein­ maligen oder iterativen Potentialentladungen, d. h. Spannungsüberschlä­ gen, insbesondere an den Rändern der Piezokeramiken kommt. Auch diese Partialentladungen führen zu Falschsignalspannungen zwischen den Außen­ elektroden, wobei diese Falschsignalspannungen mit einer durch die Eigen­ kapazität des Biegesensors, dem Selbstentlade- oder Innenwiderstand sowie dem externen Meßwiderstand bestimmten Zeitkonstante abklingen. In Un­ tersuchungen wurde festgestellt, daß die Falschspannungssignale für positi­ ve und negative Vorzeichen des Temperaturgradienten kritisch werden kön­ nen, d. h. daß durch sie eine Sicherheitseinrichtung eines Kraftfahrzzeuges fälschlicherweise ausgelöst werden kann. Bei herkömmlichen Biegesensoren sind die Falschsignale insbesondere im niedrigen Temperaturbereich etwa unter 10°C und bei negativen Temperaturgradienten signifikant. Unter die­ sen Bedingungen wird das oben erwähnte Pyro-Feld nur relativ langsam ab­ gebaut.
Die Erfinder haben nun erkannt, daß das Pyro-Feld und dessen Feldstärke eine Schlüsselfunktion für die Erzeugung von Falschsignalen darstellen, und daß diese Falschsignale unterdrückt werden können, wenn definierte elek­ trische Ableitelemente vorgesehen werden, um den bei Temperaturände­ rungen über den pyroelektrischen Koeffizienten generierten "Pyrostrom" "rasch" abzuleiten.
Diese Ableitelemente sind z. B. ohmsche Widerstände, d. h. linear von der Spannung abhängige Ableitelemente. Sie haben vorzugsweise einen Wider­ standswert, der deutlich unter dem Wert des Innenwiderstandes der Piezo­ keramiken liegt und ausreichend über dem resultierenden Widerstandswert liegt, der zusammen mit der wirksamen Kapazität am Biegesensor (Eigenka­ pazität und ggf. zusätzlich parallelgeschaltete Kapazität) die untere Grenz­ frequenz des wie ein Hochpaß wirkenden piezoelektrischen Beschleuni­ gungssensors bildet. Typische Widerstandswerte für Bimorph-Biegesenso­ ren, die als Crash-Sensoren eingesetzt werden, liegen im Bereich von Giga­ ohm.
Die Ableitelemente können auch nichtlinear von der Spannung abhängige Komponenten aufweisen, in einfachster Form z. B. Dioden oder antiparallel geschaltete Dioden.
Eine Kombination dieser und anderer Ausführungen ist selbstverständlich möglich, sofern Sorge dafür getragen ist, daß das erwähnte Pyro-Feld im we­ sentlichen sogleich nach Erzeugung "rasch" abgebaut wird und damit nur geringen Einfluß auf die Meßsignale hat.
Die Erfindung ist in Ausführungsbeispielen von Serien-Bimorph-Biegesenso­ ren anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser stellen dar:
Fig. 1a und 1b eine schematische Ansicht bzw. Aufsicht eines Serien-Bi­ morph-Biegesensors gemäß der Erfindung, der einseitig eingespannt ist;
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines mittig gehaltenen Biegesensors;
Fig. 3, 4, 5 und 6 schematische Darstellungen und Ersatzschaltbilder ei­ nes Biegesensors mit Ableitelementen zur Unterdrückung des "Pyro-Feldes" gemäß der Erfindung.
Ein piezoelektrischer Serien-Bimorph-Biegesensor 1 weist zwei balkenähnli­ che Biegeelemente 2, 3 auf, die unter mit ihren flachen elektrisch hochleitfä­ hig beschichteten Seiten aufeinandergelegt sind. Es bildet sich je eine Zwi­ schenelektrode 4. Die beiden Biegeelemente sind vorzugsweise mit einem elektrisch leitenden Kleber verklebt. Auf den Außenseiten der beiden Piezo­ keramiken 2, 3 sind jeweils Außenelektroden 5, 6, z. B. aufgedampfte Metall­ schichten, vorgesehen. Die Elektroden 4, 5 und 6 bedecken im wesentlichen die gesamte Flachseite der Piezokeramiken, wobei jedoch, wie in Fig. 1b angedeutet, zwischen den äußeren Rändern der Elektroden und dem äuße­ ren Rand der Piezokeramiken ein kleiner Freiraum 7 verbleiben kann.
Die Dimensionen der Piezokeramiken sind in dieser Figur und auch in den weiteren Figuren nicht maßstabsgerecht dargestellt; für einen Crash-Sensor haben die Piezokeramiken z. B. eine Breite von 4 mm, eine Länge bis zu 10 mm und eine Dicke von 400 µm, d. h. etwa 1/2 mm.
Die Anordnung aus den zwei Piezokeramiken 2, 3 und den Elektroden 4, 5, 6 ist beispielsweise an einem Ende in einen Sockel 8 eingespannt, so daß das andere freie Ende, wie in Fig. 1 gestrichelt dargestellt, durch Beschleuni­ gungen oder Kräfte um ein gewisses Maß d ausgelenkt werden kann.
Die Piezokeramiken sind in Höhenrichtung gegensinnig polarisiert, was durch die kleinen aufwärts bzw. abwärts gerichteten Pfeile in der oberen Piezokeramik 2 bzw. der unteren Piezokeramik angedeutet ist. Bei einer Aus­ lenkung wird der Biegesensor um die neutrale Faser gebogen. Dadurch wird beim Bimorph-Sensor jeweils einer der beiden Balken gedehnt und der ande­ re komprimiert. Durch die unterschiedliche Polarisationsrichtung addieren sich die auf den einzelnen Balken durch Beschleunigungseinwirkung entste­ henden Spannungen vorzeichenrichtig zum Beschleunigungssignal, das an Anschlüssen 10, 11, die mit den Elektroden 5 und 6 verbunden sind, abge­ nommen wird. Ein weiterer Anschluß 9 für die Zwischenelektrode 4 ist vor­ gesehen.
In Fig. 2 sind Piezokeramiken 2, 3 mit ihren Elektroden 4, 5 und 6 eines mo­ difizierten Biegesensors 1' dargestellt, wobei diese Piezokeramikanordnung mittig auf einem Sockel 8' abgestützt ist, so daß bei Einwirkung von Be­ schleunigungen oder Kräften die beiden freien Außenenden der Piezokera­ mikanordnung ausgelenkt werden. Ebenso sind wiederum die Anschluß­ punkte 10 und 11 für das Beschleunigungssignal und der Anschlußpunkt 9 die Zwischenelektrode 4 dargestellt.
Die Polarisationen P der beiden Piezokeramiken sind in der Figur wiederum durch kleine Pfeile angedeutet, deren Spitzen somit entweder auseinander­ weisen oder entgegengerichtet sind.
In dem Ersatzschaltbild in Fig. 3 sind nochmals die beiden Piezokeramiken 2 und 3 mit der Zwischenelektrode 4 und den Außenelektroden 5 sowie 6 gezeigt. Ebenso sind nochmals dargestellt die Anschlußpunkte 9, 10, 11 sowie zwei Ableitelemente 18, die z. B. ohmsche Widerstände sind. Diese beiden Widerstände 18 sind zwischen den Anschlußpunkten 10 und 11 in Serie geschaltet, wobei der Anschluß 9 der Zwischenelektrode mit dem Mittelpunkt zwischen den beiden Widerständen verbunden ist. Wird bei Temperaturänderungen zwischen den beiden Piezokeramiken 2 und 3 das oben erwähnte Pyro-Feld erzeugt, so werden die dabei generierten Ladungen über die Ableitelemente 18 abgeführt. Eine Verfälschung des Meßsignales kommt somit nicht zustande.
In dem Ersatzschaltbild nach Fig. 4 ist das eine Ableitelement 18 wie in Fig. 3 zwischen der dem Anschlußpunkt für die Zwischenelektrode 9 und dem Abschlußpunkt 10 geschaltet, während ein zweites Ableitelement 19 zwischen diesem Anschlußpunkt 10 und dem Anschlußpunkt 11 liegt. Die bei­ den Ableitelemente können wiederum ohmsche Widerstände sein.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist jeweils zwischen dem An­ schlußpunkt 9 für die Zwischenelektrode und den Anschlußpunkten 10 und 11 ein Ableitelement 18'' zur Außenelektrode 5 der ersten Piezokeramik und ein zweites Ableitelement 18'' zur Außenelektrode 6 der zweiten Piezokera­ mik 3 geführt. Das Ableitelement 18'' ist eine Parallelschaltung, in deren er­ stem Zweig ein ohmscher Widerstand 21 und in deren zweitem Zweig eine Serienschaltung aus einem ohmschen Widerstand 22 und einer spannungs­ abhängigen Diode 23, z. B. einer Zenerdiode oder antiparallel geschalteten Dioden, gelegen sind. Die Dioden 23 sind ein einfaches Beispiel für nichtli­ neare spannungsabhängige Ableitelemente. Der Einsatz derartiger Ableitele­ mente mit nichtlinearer Kennlinie ermöglicht es, eine beschleunigungsam­ plitudenabhängige untere Grenzfrequenz der Empfindlichkeit des mit den Ableitelementen beschalteten Biegesensors einzustellen.
In Fig. 6 ist ein Serien-Multimorph-Sensor dargestellt, der aus zwei Paaren von aufeinandergeschichteten Biegesensoren mit Biegebalken 2a, 3a bzw. 2b, 3b zusammengesetzt ist. Die durch kleine Pfeile angedeuteten Polarisa­ tionseinrichtungen sind wiederum entgegengesetzt. Jeweils zwischen ein­ zelnen Biegebalken sind Zwischenelektroden 4 angeordnet, die mit An­ schlußpunkten 9 verbunden sind. Die Außenelektroden 5 und 6 sind mit An­ schlußpunkten 10 und 11 verbunden. Zwischen den Anschlußpunkten 10 und 11 ist eine Kette von in diesem Falle vier Ableitelementen 18 gelegen, wobei mit dem gemeinsamen Anschlußpunkt jeweils zweier benachbarter Ableitelemente die Anschlußpunkte 9 verbunden sind.
Die erwähnten Ableitelemente können als separate Schaltungselemente se­ pariert werden; es ist jedoch auch möglich, die Funktion der elektrischen Ab­ leitelemente durch geeignete Dotierung des Piezomaterials der Biegebalken Mit Fremdatomen in den einzelnen Biegebalken monolithisch zu implemen­ tieren.
Die Polarisierung der einzelnen Biegeelemente kann vor der Herstellung der gesamten Verbundanordnung erfolgen oder erst nach der Herstellung der Verbundanordnung. Diese Verbundanordnung kann auch mit in der Halblei­ terindustrie angewendeten Planarverfahren in monolithischer Form einzeln und/oder im Nutzen aus der Fest- und/oder Flüssigkeits- und/oder Dampf- und/oder Gasphase erfolgen.

Claims (8)

1. Piezoelektrischer Biegesensor zum Messen von Beschleunigungen, insbesondere zur Verwendung in Sicherheitseinrichtungen für Kraft­ fahrzeuge, bestehend aus einem Verbund aus einer durch zwei teil­ baren Anzahl, insbesondere zwei in gegensinniger Polarisation über­ einander geschichteten und elektrisch und mechanisch miteinander verbundenen, aus piezoelektrischem Material bestehenden Biege­ elementen, wobei die Verbundanordnung zur Abnahme eines Beschleunigungssignales mechanisch an einer Referenzstelle befestigt ist und das Beschleunigungssignal an den gegenüberliegenden Außenelektroden (5, 6) der Verbundanordnung abgegriffen wird,
wobei zwischen den Biegeelementen (2, 3; 2a, 3a; 2b, 3b) zusätzliche Elektroden (4) vorgesehen sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) parallel zu jedem Biegeelement zwischen den zusätzlichen Elektroden (4) sowie beiden Außenelektroden (5, 6) jeweils ein zu den Außen­ elektroden (5, 6) in Serie geschaltetes elektrisches Ableitelement (18) zum Ausgleich von Spannungen, die aufgrund pyroelektrischer Effekte bei Temperaturdifferenzen auftreten, vorgesehen ist,
  • b) wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Ableitelementen (18) eine elektrische Verbindung (9) zu einer der zusätzlichen Elektroden (4) abzweigt.
2. Piezoelektrischer Biegesensor zum Messen von Beschleunigungen, insbesondere zur Verwendung in Sicherheitseinrichtungen für Kraft­ fahrzeuge, bestehend aus einem Verbund aus einer durch zwei teil­ baren Anzahl, insbesondere zwei in gegensinniger Polarisation über­ einander geschichteten und elektrisch und mechanisch miteinander verbundenen, aus piezoelektrischem Material bestehenden Biege­ elementen, wobei die Verbundanordnung zur Abnahme eines Beschleunigungssignales mechanisch an einer Referenzstelle befestigt ist und das Beschleunigungssignal an den gegenüberliegenden Außenelektroden (5, 6) der Verbundanordnung abgegriffen wird,
wobei zwischen den Biegeelementen (2, 3; 2a, 3a; 2b, 3b) zusätzliche Elektroden (4) vorgesehen sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
zum Ausgleich von Spannungen, die aufgrund pyroelektrischer Effekte bei Temperaturdifferenzen auftreten,
  • 1. zwischen den zusätzlichen Elektroden (4) sowie einer der beiden Außenelektroden (5) jeweils ein zu den Außenelektroden (5, 6) in Serie geschaltetes elektrisches Ableitelement (18) sowie
  • 2. zwischen den beiden Außenelektroden (5, 6) ein weiteres elektrisches Ableitelement (19) vorgesehen ist,
  • 3. wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Ableitelementen (18) eine elektrische Verbindung (9) zu einer der zusätzlichen Elektroden (4) abzweigt.
3. Biegesensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die einzelnen elektrischen Ableitelemente (18, 19) ohm­ sche Widerstände aufweisen.
4. Biegesensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die einzelnen Ableitelemente (18'') nichtlineare span­ nungsabhängige Bauteile (23), einfachsterweise eine Diode oder antiparallel­ geschaltete Dioden, aufweisen.
5. Biegesensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jedes Ableitelement (18'') eine Parallelschaltung ist, in de­ ren erstem Zweig ein ohmscher Widerstand und in deren zweitem Zweig zu­ mindest ein nichtlineares spannungsabhängiges Bauteil, insbesondere eine Diode oder antiparallelgeschaltete Dioden, vorgesehen ist.
6. Piezoelektrischer Biegesensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitelemente (18) durch geeignete Do­ tierung des Piezomaterials der Biegeelemente (2, 3) mit Fremdatomen in den einzelnen Biegeelementen monolithisch implementiert ist.
7. Piezoelektrischer Biegesensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisierung der einzelnen Biegeelemen­ te (2, 3) vor oder nach der Herstellung der Verbundanordnung erfolgt.
8. Piezoelektrischer Biegesensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der Verbundanordnung der Biegeelemente (2, 3) aus der Fest- oder/und Flüssigkeits- oder/und Dampf- oder/und Gasphase mit in der Halbleiterindustrie angewendeten Planarver­ fahren in monolithischer Form einzeln oder/und im Nutzen erfolgt.
DE19525147A 1995-07-11 1995-07-11 Piezoelektrischer Biegesensor, insbesondere Serien-Bimorph-Sensor Expired - Fee Related DE19525147C2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19525147A DE19525147C2 (de) 1995-07-11 1995-07-11 Piezoelektrischer Biegesensor, insbesondere Serien-Bimorph-Sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19525147A DE19525147C2 (de) 1995-07-11 1995-07-11 Piezoelektrischer Biegesensor, insbesondere Serien-Bimorph-Sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19525147A1 DE19525147A1 (de) 1997-01-16
DE19525147C2 true DE19525147C2 (de) 1998-08-13

Family

ID=7766495

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19525147A Expired - Fee Related DE19525147C2 (de) 1995-07-11 1995-07-11 Piezoelektrischer Biegesensor, insbesondere Serien-Bimorph-Sensor

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19525147C2 (de)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19736247A1 (de) * 1997-08-20 1999-02-25 Temic Bayern Chem Airbag Gmbh Bauteil mit einem Körper aus einem spröden Werkstoff
DE19821134B4 (de) * 1998-05-12 2009-04-09 Henry Tunger Sicherheitsvorrichtung zum Wegkatapultieren der Besatzung eines motorisierten Zweiradfahrzeugs vor deren Zusammenstoß mit einem Hindernis
DE19940346B4 (de) * 1999-08-25 2018-03-22 Continental Automotive Gmbh Piezoaktor mit einer Anschlußvorrichtung
JP2001228168A (ja) 2000-02-18 2001-08-24 Fujitsu Ltd 加速度センサ
WO2007062532A1 (en) * 2005-10-18 2007-06-07 Kistler Holding Ag Sensor
DE102007048596A1 (de) 2007-10-10 2009-04-23 Vodafone Holding Gmbh Flexibles elektronisches Gerät und Verfahren zu dessen Steuerung
CN103532434B (zh) * 2013-11-01 2015-07-08 重庆大学 基于碰撞机理的宽频多维能量采集器
CN108775956A (zh) * 2018-05-24 2018-11-09 北京科技大学 一种基于压电的无线振动悬臂梁传感器
CN110924333B (zh) * 2019-12-11 2021-12-07 商河园通市政工程有限公司 一种缓冲警示用道路隔离栏

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3349629A (en) * 1964-09-08 1967-10-31 Cons Electrodynamics Corp Frequency damped transucer
DE2136096B2 (de) * 1970-07-29 1974-01-10 Kistler Instrumente Ag, Winterthur (Schweiz) Piezoelektrischer Meß wandler
DE2846371A1 (de) * 1978-10-25 1980-05-08 Bosch Gmbh Robert Beschleunigungsaufnehmer zum ausloesen von sicherheitseinrichtungen
DE3241601A1 (de) * 1982-08-19 1984-02-23 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Elektrisch zu betaetigendes stellglied
DE3838014C2 (de) * 1987-11-19 1990-06-13 Avl Gesellschaft Fuer Verbrennungskraftmaschinen Und Messtechnik M.B.H. Prof. Dr. Dr.H.C. Hans List, Graz, At
DE9017712U1 (de) * 1990-07-27 1991-09-26 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8012 Ottobrunn Beschleunigungsmesser für eine Einrichtung zum passiven Insassenschutz
DE3334603C2 (de) * 1983-09-24 1991-10-24 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart, De

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3349629A (en) * 1964-09-08 1967-10-31 Cons Electrodynamics Corp Frequency damped transucer
DE2136096B2 (de) * 1970-07-29 1974-01-10 Kistler Instrumente Ag, Winterthur (Schweiz) Piezoelektrischer Meß wandler
DE2846371A1 (de) * 1978-10-25 1980-05-08 Bosch Gmbh Robert Beschleunigungsaufnehmer zum ausloesen von sicherheitseinrichtungen
DE3241601A1 (de) * 1982-08-19 1984-02-23 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Elektrisch zu betaetigendes stellglied
DE3334603C2 (de) * 1983-09-24 1991-10-24 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart, De
DE3838014C2 (de) * 1987-11-19 1990-06-13 Avl Gesellschaft Fuer Verbrennungskraftmaschinen Und Messtechnik M.B.H. Prof. Dr. Dr.H.C. Hans List, Graz, At
DE9017712U1 (de) * 1990-07-27 1991-09-26 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8012 Ottobrunn Beschleunigungsmesser für eine Einrichtung zum passiven Insassenschutz

Also Published As

Publication number Publication date
DE19525147A1 (de) 1997-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69519941T2 (de) Sensor mit verschiedenen rückstell-und messfingern
EP0515416B1 (de) Integrierbarer, kapazitiver Drucksensor und Verfahren zum Herstellen desselben
DE69113632T2 (de) Monolithischer beschleunigungsmesser.
EP0618450A1 (de) Beschleunigungssensor
DE19509179C2 (de) Beschleunigungssensor zum Detektieren einer Drehbeschleunigung
DE19930779A1 (de) Mikromechanisches Bauelement
EP2710344B1 (de) Sensorelement mit piezoelektrischem wandler
DE19525147C2 (de) Piezoelektrischer Biegesensor, insbesondere Serien-Bimorph-Sensor
DE4135369C2 (de)
EP2013597B1 (de) Piezoelektrisches messelement mit transversaleffekt und sensor, umfassend ein solches messelement
DE19735155B4 (de) Beschleunigungssensor
WO2008017537A2 (de) Piezo-element zur sensorenergieversorgung
EP0455070B1 (de) Kapazitiver Sensor mit Frequenzausgang
EP0618435A2 (de) Kapazitiver Drucksensor
DE3801514A1 (de) Beschleunigungssensor und verfahren zu dessen herstellung
DE102016208925A1 (de) Mikromechanischer Sensor und Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Sensors
DE19601078C2 (de) Druckkraftsensor
DE69714204T2 (de) Druckmessgerät
DE69817453T2 (de) Piezoelektrischer Beschleunigungssensor
EP0454883A1 (de) Kapazitiver Sensor
EP0730157B1 (de) Beschleunigungssensor
DE19903585A1 (de) Halbleitersensor und Halbleitersensorchip mit Gehäuse
EP3312574B1 (de) Vibrationssensor mit integrierter temperaturerfassung
DE3742385A1 (de) Beschleunigungsempfindliches elektronisches bauelement
DE19529178C2 (de) Halbleiterbeschleunigungssensor

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: TEMIC TELEFUNKEN MICROELECTRONIC GMBH, 90411 NUERN

8320 Willingness to grant licences declared (paragraph 23)
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: CONTI TEMIC MICROELECTRONIC GMBH, 90411 NUERNBERG,

8339 Ceased/non-payment of the annual fee