DE19533779A1

DE19533779A1 - Measuring acceleration using sensor having moving element, for e.g. collision sensor on motor vehicle

Info

Publication number: DE19533779A1
Application number: DE1995133779
Authority: DE
Inventors: Jean-Philippe Ebersohl; Jean-Paul Berry
Original assignee: Sagem SA
Current assignee: Sagem SA
Priority date: 1994-09-12
Filing date: 1995-09-12
Publication date: 1996-03-14
Also published as: FR2724463A1; FR2724463B1

Abstract

The acceleration measurement involves detecting a signal for the positional deviation (EC) of a moving sensor element (2). It is produced by the excitation signal (IM) and it is dependent on the acceleration to be measured, to produce a control signal (ME), which regulates the value and the direction of an electrical power, which is applied to the moving element (2), in order to move it back to its rest setting. The value of the acceleration emanating from the control signal is determined. The excitation signal is applied in the form of a modulation of the control signal. The control signal is permanently applied, and is produced by integration (20) of the position deviation signal.

Description

Die Messung der von einem Sensor erfahrenen Beschleunigung dient zum Bestimmen der Belastung oder der Verlagerung, wel che ein mechanisches Teil erfährt, das fest mit dem Sensor verbunden ist. So steuert in einem Automobil ein Auf prallsensor im Fall eines harten Stoßes das Aufblasen eines Airbags, welcher sich vor dem Fahrer entfaltet.The measurement of the acceleration experienced by a sensor is used to determine the load or displacement, wel mechanical part that is firmly attached to the sensor connected is. This is how an opening controls in an automobile impact sensor in the event of a hard impact inflating a Airbags that deploy in front of the driver.

Man kennt Sensoren mit einem beweglichen, elektrisch leiten den Element, welches eine festgelegte Masse aufweist, elastisch an einem Träger montiert ist und sich unter der Einwirkung der Beschleunigung zu dem einen oder dem anderen von zwei elektrisch leitenden Elementen hin bewegt, welche es umgeben und starr an dem Träger befestigt sind.We know sensors with a movable, electrically conductive the element which has a fixed mass, is elastically mounted on a support and is under the Effect of acceleration to one or the other moved by two electrically conductive elements, which surround it and are rigidly attached to the carrier.

Die festen Elemente oder Elektroden befinden sich auf zwei einander entgegengesetzten Potentialen und bilden, jeweils zusammen mit dem beweglichen Element, zwei Kondensatoren.The fixed elements or electrodes are on two opposing potentials and form, each together with the movable element, two capacitors.

In Abwesenheit einer Beschleunigung haben die zwei festen Elemente oder Elektroden auf das bewegliche Element, das eine Position mit gleichem Abstand zu den zwei festen Ele menten aufweist, einen elektrischen Einfluß, der sich kom pensiert.In the absence of acceleration, the two have fixed Elements or electrodes on the movable element that a position at the same distance from the two fixed ele ment has an electrical influence, the com pens.

Wenn sich das bewegliche Element einer der festen Elektroden unter dem Einfluß einer Beschleunigung nähert, wächst der Wert der Kapazität zwischen dem beweglichen Element und der am nächsten liegenden festen Elektrode und umgekehrt nimmt der Wert der Kapazität zwischen der beweglichen Element und der am weitesten entfernt liegenden festen Elektrode ab. Diese differentielle Änderung der Kapazität kann über eine mit den festen Elektroden verbundene Kapazitätsmeßschaltung ausgelesen werden.If the movable element is one of the fixed electrodes approaches under the influence of an acceleration, the Value of the capacity between the movable element and the closest fixed electrode and vice versa the value of the capacity between the movable element and the most distant fixed electrode. This differential change in capacity can be done via a capacitance measuring circuit connected to the fixed electrodes be read out.

Die Meßspannung für diese differentielle Kapazität ist ein Positionssignal, welches es gestattet, eine Rückkopplungs schleife zu steuern, die ein Steuersignal liefert, das die mittleren Spannungen der zwei festen Elektroden festlegt, um über die an dem beweglichen Element angelegten elektrostati schen Kräfte ein mechanisches und damit auch elektrisches Gleichgewicht wiederherzustellen. Die Änderung des Steuersi gnals bezüglich seines Werts für die Ruhestellung des beweg lichen Elements repräsentiert also die zu messende Beschleu nigung. The measuring voltage for this differential capacitance is one Position signal, which allows a feedback control loop that provides a control signal that the mean voltages of the two fixed electrodes about the electrostatic applied to the movable element forces are mechanical and therefore also electrical To restore balance. The change in the tax gnals regarding its value for the rest position of the moving elements represents the acceleration to be measured inclination.

Es ist bekannt, Kapazitätsänderungen durch die Messung der transportierten Ladungen zu messen, die sich aus dem Anlegen von Stufenspannungen durch sogenannte Schaltungen mit umge tasteter Kapazität an die Elektroden ergeben.It is known to measure changes in capacity by measuring to measure transported loads resulting from the creation of step voltages through so-called circuits with vice feel the capacitance to the electrodes.

Es ist weiterhin bekannt, durch das Steuersignal individuell und im entgegengesetzten Sinn die Breite von Spannungsimpul sen oder den Rhythmus des Auftretens von zwei Impulszügen zu modulieren, die jeweils an die zwei festen Elektroden oder Elemente angelegt werden.It is also known to be individual through the control signal and in the opposite sense the width of the voltage pulse or the rhythm of the occurrence of two pulse trains modulate, each on the two fixed electrodes or Elements are created.

Die Amplitude jedes dieser Impulse wird von der Kapazitäts meßschaltung als Stufe gesehen, welche einen Ladungstrans port unabhängig von der Dauer dieser Impulse erzeugt (es findet eine Abtastung von Spannungsniveaus statt). Die so erhaltene Kapazitätsmeßspannung bestimmt die Dauer der Im pulse mit Bezug auf einen Einstellwert. Diese Modulation der Breite der Impulse überträgt sich durch das Auftreten einer mittleren Rückstellspannung auf die Elektroden. Das (feste) Niveau der Impulse dient zur Messung der Position (variable Kapazität) und die Dauer der Impulse (bei festem Niveau) dient zum Regeln der Position.The amplitude of each of these pulses is determined by the capacitance Measuring circuit seen as a stage that a charge transfer port generated regardless of the duration of these pulses (es voltage levels are sampled). The so The capacitance measurement voltage obtained determines the duration of the Im pulse with reference to a set value. This modulation of the The width of the impulses is transmitted by the occurrence of a medium reset voltage on the electrodes. The solid) The level of the pulses is used to measure the position (variable Capacity) and the duration of the pulses (at a fixed level) is used to regulate the position.

Diese Impulse führen jedoch zu einem nicht vernachlässigba ren elektrischen Rauschen, welches die Messung stört, da sie eine große Amplitude erreichen müssen, um die notwendige elektrostatische Effektivität zu entfalten. Weiterhin ist diese Effektivität dadurch begrenzt, daß man Wartezeiten für das Öffnen und Schließen von elektronischen Gattern und vor allem für das Aufnehmen der Messung bei der Abfolge der Im pulse vorsehen muß. Die Meßaufnahmefrequenz ist daher zwangsläufig dieselbe wie die der Regelung und daher durch das Antwortverhalten des elektromechanischen Systems be grenzt. However, these impulses lead to a not negligible electrical noise, which interferes with the measurement because it need to reach a large amplitude to achieve the necessary to develop electrostatic effectiveness. Still is this effectiveness is limited by waiting times for the opening and closing of electronic gates and before all for taking the measurement in the order of Im pulse must be provided. The measurement frequency is therefore inevitably the same as that of the regulation and therefore by the response behavior of the electromechanical system be borders.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Effektivität der zur Rück kopplung an den zwei festen Elementen angelegten Steuerspan nungen zu erhöhen und das elektrische Rauschen zu begrenzen.The object of the invention is to reduce the effectiveness of the back coupling on the two fixed elements of the control chip increases and limit the electrical noise.

Hierfür sieht die Erfindung ein Beschleunigungsmeßverfahren vor, bei dem man an ein bewegliches Element eines Beschleu nigungssensors ein Erregungssignal anlegt, um eine Ruhestel lung des Elements zu ermitteln, man das bewegliche Element der zu messenden Beschleunigung unterzieht, man ein Signal für die Abweichung der Position des Elements erzeugt, wel ches durch das Erregungssignal hervorgerufen wird und von der zu messenden Beschleunigung abhängt, um ein Steuersignal zu erzeugen, welches die Größe und Richtung einer elektri schen Kraft bestimmt, die man an das bewegliche Element an legt, um es in seine Ruhestellung zurückzuführen, und man dann den Wert der Beschleunigung ausgehend von dem Steuersi gnal bestimmt, und welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man das Erregungssignal in Form einer Modulation des Steuer signals aufgibt und das Steuersignal permanent angelegt wird und durch Integration des Signals für die Abweichung der Position erzeugt wird.The invention provides an acceleration measurement method for this in which one is connected to a movable element of an accelerator Inclination sensor applies an excitation signal to a rest tion of the element to determine the moving element the acceleration to be measured is subjected to a signal for the deviation of the position of the element, wel ches is caused by the excitation signal and by the acceleration to be measured depends on a control signal to generate the size and direction of an electri force determined on the movable element to return it to its rest position, and one then the value of the acceleration based on the control i gnal determined, and which is characterized in that the excitation signal in the form of a modulation of the control signals and the control signal is permanently applied and by integrating the signal for the deviation of the Position is generated.

Man setzt also eine kontinuierliche Steuerung ein, was nicht zu elektrischem Rauschen führt und das Erregungssignal kann auf einem relativ geringen, wenig störenden Niveau fixiert werden, da es ausschließlich zur Messung und nicht zur Rege lung der elektrischen Kraft dient. Das Erregungssignal be wirkt eine Nachführung des elektrischen Gleichgewichts des beweglichen Elements. Dabei mißt jedes momentane Erregungs signal das residuelle momentane Ungleichgewicht, d. h. den in dem Steuersignal verbleibenden Fehler, und führt progressiv durch Integration zu einer Beseitigung dieses Fehlers.So you use continuous control, which you don't leads to electrical noise and the excitation signal can fixed at a relatively low, little disturbing level as it is only for measurement and not for rain serving the electrical force. The excitation signal be acts to track the electrical balance of the movable element. It measures every momentary arousal signal the residual current imbalance, d. H. the in error remaining in the control signal, and leads progressively through integration to eliminate this bug.

Man kann daher das Erregungssignal mit einer deutlich höhe ren Frequenz als der Eigenfrequenz des Sensors aufgeben, welche durch das Steuersignal gegeben ist. Dies bedeutet, daß man nur ein sehr schwaches, wenig störendes Erregungs signal braucht, da hinsichtlich des Steuerns der Integra tionseinrichtung die hohe Anzahl der instantanen Erregungs signale deren Schwäche kompensiert.You can therefore the excitation signal with a significantly high give up their frequency than the natural frequency of the sensor, which is given by the control signal. This means, that you have only a very weak, little disturbing arousal signal needs because of the control of the Integra tion device the high number of instantaneous excitation signals whose weakness is compensated.

Vorteilhafterweise mißt man das Positionsabweichungssignal durch eine Messung der elektrischen Ladung, welche durch das Erregungssignal auf dem beweglichen Element induziert wurde.The position deviation signal is advantageously measured by measuring the electrical charge, which is caused by the Excitation signal was induced on the movable element.

Vorzugsweise moduliert man das Steuersignal durch zwei Im pulszüge mit gleicher Amplitude und entgegengesetzter Pola rität, die man jeweils auf zwei feste Elemente aufgibt, wel che das bewegliche Element umgeben und bewirkt die Integra tion des Positionsabweichungssignals synchron mit den Modu lationsimpulsen. Vorteilhafterweise schränken die für die Messung nötigen Signale nicht die Regeldynamik ein, so daß man die Messung und die Regelung als getrennt ansehen kann.The control signal is preferably modulated by two Im Pulse trains with the same amplitude and opposite pola rity, which one gives up on two fixed elements, wel che surround the movable element and causes the integra tion of the position deviation signal synchronously with the mod lation impulses. Advantageously restrict the for those Measurement does not require the control dynamics, so that one can view the measurement and the control as separate.

Die Erfindung betrifft weiterhin einen Beschleunigungssensor zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, welcher zwi schen zwei festen Elementen ein bewegliches Element auf weist, das dafür vorgesehen ist, aus einer Ruhestellung un ter der Einwirkung einer zu messenden Beschleunigung und eines Erregungssignals ausgelenkt zu werden, und welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß er eine mit dem beweglichen Element verbundene Integrationseinrichtung zum Integrieren eines Signals für die Positionsabweichung des Elements, das durch das Erregungssignal erzeugt wird und von der zu mes senden Beschleunigung abhängt, und eine Addiereinrichtung umfaßt, die am Eingang mit der Integrationseinrichtung und am Ausgang mit den festen Elementen verbunden ist.The invention further relates to an acceleration sensor for performing the method according to claim 1, which between a fixed element between two fixed elements points, which is intended to un from a rest position the effect of an acceleration to be measured and of an excitation signal to be deflected, and which one is characterized in that it is one with the movable Element-connected integration device for integration a signal for the positional deviation of the element, the is generated by the excitation signal and from the to mes send acceleration depends, and an adder comprises, at the entrance to the integration device and is connected to the fixed elements at the output.

Die Erfindung läßt sich besser mit Hilfe der folgenden Be schreibung einer bevorzugten Ausführungsform eines Beschleu nigungssensors, welcher das erfindungsgemäße Verfahren ver wirklicht, anhand der beigefügten Zeichnungen verstehen.The invention can be better described with the help of the following Description of a preferred embodiment of an accelerator inclination sensor, which ver the inventive method really understand with reference to the accompanying drawings.

Fig. 1 ist ein elektrisches Schaltbild des Sensors. Fig. 1 is an electric circuit diagram of the sensor.

Fig. 2 bis 4 illustrieren den Verlauf der Steuersignale des Sen sors über der Zeit t. FIGS. 2 to 4 illustrate the progress of the control signals of the Sen sors over time t.

Fig. 5 und 6 illustrieren die zeitliche Antwort des Sensors bei einer Messung und Fig. 5 and 6 illustrate temporal response of the sensor during a measurement and

Fig. 7 bis 9 illustrieren dieselbe Antwort bei einem Test. Figures 7 through 9 illustrate the same response in a test.

Der Sensor umfaßt ein Gehäuse 1, welches ein bewegliches Element 2 in Form einer weichen, elektrisch leitenden Zunge enthält, die elastisch mit dem Gehäuse 1 verbunden, jedoch von diesem elektrisch isoliert ist und eine Ruhestellung mit einem gleichen Abstand zu den zwei ebenen festen Elementen 3 und 4 einnimmt. Diese sind ebenfalls elektrisch leitend, parallel zu dem Element 2 angeordnet und schließen dieses ein.The sensor comprises a housing 1 , which contains a movable element 2 in the form of a soft, electrically conductive tongue, which is connected elastically to the housing 1 , but is electrically insulated from the latter, and has a rest position at an equal distance from the two flat, fixed elements 3 and takes 4 . These are also electrically conductive, arranged parallel to the element 2 and enclose it.

Das Element 2 ist elektrisch mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 10 verbunden. Dieser ist außer dem mit seinem Ausgang über einen Kondensator 11 verbunden, der parallel zu einem elektronischen Schalter 12 geschaltet ist, der durch ein Zeittaktsignal H1 gesteuert wird. Der nicht invertierende Eingang des Verstärkers 10 ist mit der Masse verbunden. Der Verstärker 10 ist daher als elek trischer Ladungsverstärker zum Messen der elektrischen La dung des Elements 2 geschaltet.Element 2 is electrically connected to the inverting input of an operational amplifier 10 . This is also connected to its output via a capacitor 11 which is connected in parallel to an electronic switch 12 which is controlled by a clock signal H1. The non-inverting input of amplifier 10 is connected to ground. The amplifier 10 is therefore connected as an electric charge amplifier for measuring the electrical charge of the element 2 .

Der Ausgang des Verstärkers 10 liefert über einen elektroni schen Schalter 13 ein Positionsabweichungssignal EC, das im folgenden noch erläutert wird, zu einem Anschluß eines Kon densators 15, der mit einem weiteren Schalter 14 zum Verbin den mit der Masse verbunden ist. Der Schalter 13 wird durch ein Zeittaktsignal H2 gesteuert, während der Schalter 14 durch das Zeittaktsignal H1 gesteuert wird.The output of the amplifier 10 provides an electronic switch's 13 a position deviation signal EC, which will be explained in the following, to a connection of a capacitor 15 , which is connected to the switch with a further switch 14 to the ground. The switch 13 is controlled by a timing signal H2, while the switch 14 is controlled by the timing signal H1.

Der andere Anschluß des Kondensators 15 versorgt über einen elektronischen Schalter 16, der durch den Zeittakt H1 ge steuert wird, den invertierenden Eingang eines Verstärkers 20 und einen elektronischen Erdungsschalter 17, der durch das Zeittaktsignal H2 gesteuert wird. Ein Kondensator 21 verbindet den invertierenden Eingang mit dem Ausgang des Verstärkers 20, der also als Integrierer geschaltet ist.The other terminal of the capacitor 15 supplies an electronic switch 16 , which is controlled by the clock H1 ge, the inverting input of an amplifier 20 and an electronic grounding switch 17 , which is controlled by the clock signal H2. A capacitor 21 connects the inverting input to the output of the amplifier 20 , which is therefore connected as an integrator.

Der Ausgang des Verstärkers 20 liefert ein Beschleunigungs meßsignal ME und beaufschlagt über einen Widerstand 31, der parallel zu einem in Reihe geschalteten RC-Glied geschaltet ist, den invertierenden Eingang eines Verstärkers 30. Dieser empfängt weiterhin über einen Widerstand 32 Impulse IM mit geringer Amplitude, die deutlich kleiner als ein Volt sind und von einem Impulsgenerator 6 abgegeben werden.The output of the amplifier 20 delivers an acceleration measurement signal ME and acts on a resistor 31 , which is connected in parallel to a series-connected RC element, the inverting input of an amplifier 30th The latter also receives 32 pulses IM of low amplitude via a resistor, which are significantly smaller than one volt and are emitted by a pulse generator 6 .

Der nicht invertierende Eingang des Verstärkers 30 ist mit der Masse verbunden. Der Verstärker 30 weist einen invertie renden oder komplementären Ausgang sowie einen direkten Aus gang auf, der mit dem invertierenden Eingang über einen Wi derstand 33 verbunden ist.The non-inverting input of amplifier 30 is connected to ground. The amplifier 30 has an inverting or complementary output and a direct output, which is connected to the inverting input via a resistor 33 .

Die invertierenden Eingänge der zwei Verstärker 40 und 50 sind jeweils mit dem Mittelpunkt einer von zwei resistiven Spannungsteilerbrücken 41-42 bzw. 43-44 verbunden, die je weils an einem Ende durch einen der zwei Ausgänge des Ver stärkers 30 versorgt werden und an ihrem anderen Ende mit dem Ausgang des zugeordneten Verstärkers 40 bzw. 50 verbun den sind. Die festen Elemente 3 und 4 sind mit den Ausgängen der Verstärker 40 bzw. 50 verbunden. Die positiven Eingänge der Verstärker 40 und 50 werden durch eine Gleichspannungs quelle 9 polarisiert. Diese Gleichspannungsquelle 9 dient zum Vorpolarisieren der festen Elektroden 3 und 4 mit dem selben Spannungswert, der zwei gleiche, aber entgegengesetz te Kräfte auf die bewegliche Elektrode 2 erzeugt, zu denen die differentiellen Regelspannungen (Kräfte) hinzukommen. Zwei Impulsgeneratoren 7 und 8 liefern die Zeittaktsignale H1 bzw. H2.The inverting inputs of the two amplifiers 40 and 50 are each connected to the center of one of two resistive voltage divider bridges 41-42 and 43-44 , which are each supplied at one end by one of the two outputs of the amplifier 30 and at the other End with the output of the associated amplifier 40 and 50 are the verbun. The fixed elements 3 and 4 are connected to the outputs of the amplifiers 40 and 50 , respectively. The positive inputs of the amplifiers 40 and 50 are polarized by a direct voltage source 9 . This DC voltage source 9 is used to pre-polarize the fixed electrodes 3 and 4 with the same voltage value, which generates two equal but opposite forces on the movable electrode 2 , to which the differential control voltages (forces) are added. Two pulse generators 7 and 8 deliver the timing signals H1 and H2.

Die Form der Zeittaktsignale H1 und H2 ist als Funktion der Zeit t in den Fig. 2 bzw. 4 dargestellt, während die Impulse IM des Generators 6 in der Fig. 3 in Abhängigkeit von der selben Zeit t aufgetragen sind.The shape of the timing signals H1 and H2 is shown as a function of time t in FIGS. 2 and 4, respectively, while the pulses IM of generator 6 in FIG. 3 are plotted as a function of the same time t.

Bei diesem Beispiel ist eine Selbsttestschaltung vorgesehen, welche durch einen Generator 34 von Testimpulsen ST in Rei henschaltung mit einem resistiven Potentiometer 35 gebildet wird und zwischen dem invertierenden Eingang des Verstärkers 30 und der Masse geschaltet ist.In this example, a self-test circuit is provided, which is formed by a generator 34 of test pulses ST in series with a resistive potentiometer 35 and is connected between the inverting input of the amplifier 30 and the ground.

Die Funktionsweise des Sensors wird nun erläutert.The operation of the sensor will now be explained.

Die von dem Generator 6 abgegebenen Impulse IM, die durch den Verstärker 30 in zwei einander entgegengesetzte Impulse aufgeteilt werden, welche jeweils zu den festen Elementen 3 und 4 laufen, induzieren jeweils in dem beweglichen Element 2 eine elektrische Ladung, welche aus Symmetriegründen den selben Wert und das entgegengesetzte Vorzeichen wie diejeni ge hat, welche durch das andere feste Element 4 bzw. 3 indu ziert wird. Das bewegliche Element 2 lädt sich daher nicht auf und die Verstärker 10 und 20 bleiben im Ruhezustand.The pulses IM emitted by the generator 6 , which are divided by the amplifier 30 into two mutually opposite pulses, each of which runs to the fixed elements 3 and 4 , induce an electric charge in the movable element 2 , which has the same value for reasons of symmetry and has the opposite sign as that which is induced by the other fixed element 4 or 3 indu. The movable element 2 therefore does not charge and the amplifiers 10 and 20 remain in the idle state.

Beim Anlegen einer - in der Fig. 1 vertikal gerichteten - Beschleunigung an den Sensor nähert sich das bewegliche Ele ment 2 einem der festen Elemente 3 und 4 und weist mit die sem zusammen eine erhöhte Kapazität auf. Der Impuls IM, wel cher durch diese am nächsten liegende feste Elektrode 3 oder 4 empfangen wird, induziert dann eine erhöhte Anzahl von elektrischen Ladungen in dem beweglichen Element 2, während der umgekehrte Effekt, also eine Verringerung der Zahl der induzierten Ladungen, sich bei dem anderen festen Element 4, 3 einstellt.When a - in Fig. 1 directed vertically - acceleration to the sensor, the movable element 2 approaches one of the fixed elements 3 and 4 and together with this has an increased capacity. The pulse IM, which is received by this closest fixed electrode 3 or 4 , then induces an increased number of electrical charges in the movable element 2 , while the reverse effect, that is to say a reduction in the number of the induced charges, occurs in the sets another fixed element 4 , 3 .

Der Unterschied der in dem beweglichen Element 2 induzierten Ladungen führt zu dem Positionsabweichungssignal EC, welches am Ausgang des Verstärkers 10 auftritt.The difference in the charges induced in the movable element 2 leads to the position deviation signal EC, which occurs at the output of the amplifier 10 .

Die Gruppe der Schalter/Kondensatoren 13-17 nimmt das Posi tionsabweichungssignal EC auf und überträgt es an den Inte grationsverstärker 20, welcher am Ausgang das Maß für die Beschleunigung ME liefert, das mehrere Volt erreichen kann.The group of switches / capacitors 13-17 receives the position deviation signal EC and transmits it to the integration amplifier 20 , which provides the output for the acceleration ME, which can reach several volts.

Das Meßsignal ME wird dann durch den Verstärker 30 aufge spalten, wobei die aufgespaltenen Meßsignale, die einander entgegengesetzt zu beiden Seiten eines Ruhewerts liegen, jeweils an die festen Elemente 3 und 4 angelegt werden, um zwei elektrostatische Kräfte zu erzeugen, deren Resultieren de dahingehend wirkt, das bewegliche Element 2 in seine in der Mitte liegende Ruhestellung zurückzuführen.The measurement signal ME is then split up by the amplifier 30 , the split measurement signals, which are opposite to each other on both sides of a rest value, are applied to the fixed elements 3 and 4 , respectively, in order to generate two electrostatic forces, the results of which act accordingly , to return the movable element 2 to its central rest position.

Während der Übergangszeit zum Wiederherstellen der Ruhestel lung ist die Messung ME, welche durch den Verstärker 20 ge liefert wird, falsch. Die Impulse IM, die von dem Generator 6 abgegeben werden, induzieren, wie erläutert wurde, das Positionsabweichungssignal EC, welches hier im wesentlichen proportional zu der Positionsabweichung ist und fortgesetz termaßen durch den Verstärker 20 integriert wird, dessen Meß- und Regelausgang ME sich also bis zum Gleichgewicht in einer derartigen Weise entwickelt, daß das Positionsabwei chungssignal EC tendenziell zu Null gemacht wird. During the transition period to restore the rest position, the measurement ME, which is provided by the amplifier 20 , is incorrect. The pulses IM, which are emitted by the generator 6 , induce, as has been explained, the position deviation signal EC, which here is essentially proportional to the position deviation and continues to be integrated by the amplifier 20 , the measurement and control output ME of which is therefore up to developed to balance in such a way that the position deviation signal EC tends to be made zero.

Die Fig. 6 illustriert die Entwicklung des Meßsignals ME in Abhängigkeit von der Zeit t in Antwort auf eine Beschleuni gung AC, die in Fig. 5 dargestellt ist, und zeigt in Form von abnehmenden Amplitudenstufen die aufeinanderfolgenden Integrationen des Positionsabweichungssignals EC in dem Meß signal ME. Fig. 6 illustrates the development of the measurement signal ME as a function of time t in response to an acceleration AC, which is shown in Fig. 5, and shows in the form of decreasing amplitude levels, the successive integrations of the position deviation signal EC in the measurement signal ME .

Die Regelung findet also in einer geschlossenen Schleife statt und wird mit Hilfe der "Gleichspannung" bewirkt, wel che das Meßsignal ME bildet und welche sich in Abhängigkeit von den Impulsen (oder Stimuli) IM des Generators 6 entwic kelt, die den Regelfehler messen und eine Modulation des Meßsignals ME bilden, das an die festen Elemente 3 und 4 an gelegt wird.The control takes place in a closed loop and is effected with the help of the "DC voltage", which forms the measurement signal ME and which develops depending on the pulses (or stimuli) IM of the generator 6 , which measure the control error and one Form modulation of the measurement signal ME, which is applied to the fixed elements 3 and 4 .

Kurz gesagt legt man bei diesem Verfahren an das bewegliche Element 2 das Erregungssignal IM an, um die Ruhestellung des Elements 2 zu finden, man unterzieht das bewegliche Element 2 der zu messenden Beschleunigung, man detektiert das Posi tionsabweichungssignal EC des Elements 2, welches durch das Erregungssignal IM erzeugt wird und von der zu messenden Beschleunigung abhängt, um das Steuersignal ME zu erzeugen, welches die Größe und Richtung einer elektrischen Kraft be stimmt, die man an das bewegliche Element 2 anlegt, um die ses in seine Ruhestellung zurückzuführen, und man bestimmt dann den Wert der Beschleunigung ausgehend von dem Steuersi gnal ME, wobei das Erregungssignal IM in der Form einer Mo dulation des Steuersignals ME angelegt wird, das permanent angelegt wird und durch Integration des Positionsab weichungssignals EC erzeugt wird.In short, in this method, the excitation signal IM is applied to the movable element 2 in order to find the rest position of the element 2 , the movable element 2 is subjected to the acceleration to be measured, the positional deviation signal EC of the element 2 , which is caused by the Excitation signal IM is generated and depends on the acceleration to be measured in order to generate the control signal ME, which determines the magnitude and direction of an electrical force that is applied to the movable element 2 to return the ses to its rest position, and one determines then the value of the acceleration based on the control signal ME, the excitation signal IM being applied in the form of a modulation of the control signal ME, which is applied permanently and is generated by integrating the position deviation signal EC.

Die Fig. 2 bis 4 illustrieren die Abfolge der Aktivitäten der Schalter. Figs. 2 to 4 illustrate the sequence of activities of the switch.

Allgemein gesprochen sind alle Schalter im blockierten Zu stand, wenn das Zeittaktsignal H1 oder H2, das sie steuert, in dem blockierten Zustand ist, welcher hier einem Zustand mit niederem Niveau entspricht.Generally speaking, all switches are blocked stopped when the timing signal H1 or H2 that controls it is in the blocked state, which is a state here with a low level.

Die von dem Generator 6 abgegebenen Impulse IM haben eine vordere, hier ansteigende Flanke, welche auf die abfallende Flanke des Signals H1 folgt, während ihre abfallende Flanke im selben Zeitpunkt auftritt wie die wieder ansteigende Flanke von H1.The pulses IM emitted by the generator 6 have a leading, rising edge here, which follows the falling edge of the signal H1, while its falling edge occurs at the same time as the rising edge of H1.

Das Signal H2 weist positive Impulse auf, die strikt "im Inneren" der Impulse IM liegen; das heißt, daß das Signal H2 ein zeitliches Lesefenster für die Wirkung der Impulse IM ist. Die Abfolge ist wie folgt.The signal H2 has positive impulses that are strictly "im Inside "of the pulses IM lie; that is, the signal H2 a temporal reading window for the impact of the Impulse IM is. The sequence is as follows.

Das Signal H1 liegt anfänglich auf dem hohen Niveau und die Schalter 14 und 16 sind geschlossen, d. h. leitend, und ver binden den Kondensator 15 mit der Masse und dem Verstärker 20.The signal H1 is initially at the high level and the switches 14 and 16 are closed, ie conductive, and connect the capacitor 15 to the ground and the amplifier 20 .

Beim Abfallen dem Signals H1 öffnen sich die Schalter 12, 14 und 16. Der Impuls IM wird dann ausgesandt und erzeugt das Positionsabweichungssignal EC am Ausgang des Verstärkers 10. Das Signal H2 steuert während des Lese- oder Aufnahmefen sters das Schließen der Schalter 13 und 17 und der Kondensa tor 15 lädt sich auf den Wert des Positionsabweichungssi gnals EC auf. Das Signal H1 steigt dann wieder an und der Impuls IM fällt wieder ab. Der Schalter 12 beseitigt zwischen zwei Messungen die auf dem beweglichen Element 2 induzierten Ladungen.When signal H1 drops, switches 12 , 14 and 16 open. The pulse IM is then sent out and generates the position deviation signal EC at the output of the amplifier 10 . The signal H2 controls during the reading or recording window the closing of the switches 13 and 17 and the capacitor 15 charges up to the value of the position deviation signal EC. The signal H1 then rises again and the pulse IM falls again. The switch 12 removes the charges induced on the movable element 2 between two measurements.

Auf diese Weise wird eine Aufnahme- und Selbsthaltungsschal tung realisiert.In this way, a recording and self-holding scarf tion realized.

Die Integration des Positionsabweichungssignals EC wird also hier synchron mit den Modulationsimpulsen durchgeführt.The integration of the position deviation signal EC is thus here performed synchronously with the modulation pulses.

Bei diesem Beispiel waren zwei feste Elemente vorgesehen, welche elektrische Ladungen in dem beweglichen Element indu zieren. Allgemein braucht man zumindest ein festes Element, welches auf das bewegliche Element eine Rückstellkraft aus übt, die entgegengesetzt zu der Kraft aufgrund der Beschleu nigung gerichtet ist, welche wiederum proportional zu der Masse des beweglichen Elements ist. Die Rückstellkraft kann auch z. B. magnetisch sein.In this example, two fixed elements were provided, what electrical charges in the movable element indu adorn. Generally you need at least one solid element which exerts a restoring force on the movable element practices the opposite of the force due to the acceleration is directed, which in turn is proportional to the Mass of the movable element. The restoring force can also z. B. be magnetic.

Die Selbsttestschaltung 34-35 hat eine gleichartige Auswir kung wie der Generator 6, d. h. das Anlegen einer Rechteck spannung durch den Generator 34 erzeugt eine elektrostati sche Kraft, welche jedoch die Elektrode oder seismische Mas se 2 aus dem Gleichgewicht bringt. Das durch den Verstärker 20 integrierte Positionsabweichungssignal EC hat die Wirkung, daß die Ausgangsspannung ME um einen Wert stufen weise herabgesetzt wird, welcher proportional zu der Ampli tude der Testimpulse ST mit dem Verhältnis der Widerstände 31 und 35 ist. Die Fig. 7 bis 9 illustrieren die zeitliche Entwicklung der Testimpulse ST, der Positionsmodulation P der beweglichen Elektrode 2, die daraus resultiert, sowie die entsprechende Modulation des Meßsignals ME.The self-test circuit 34-35 has a similar effect as the generator 6 , ie the application of a rectangular voltage by the generator 34 generates an electrostatic force which, however, brings the electrode or seismic mass 2 out of balance. The position deviation signal EC integrated by the amplifier 20 has the effect that the output voltage ME is gradually reduced by a value which is proportional to the amplitude of the test pulses ST with the ratio of the resistors 31 and 35 . FIGS. 7 to 9 illustrate the temporal evolution of the ST test pulses, the modulation position P of the movable electrode 2 which is the result and the corresponding modulation of the measurement signal ME.

Man kann also den Selbsttest in Realzeit, ohne die Funktio nen des Sensors zu deaktivieren, und insbesondere unter Bei behaltung der Arbeitsweise mit geschlossener Schleife durch führen. Weiterhin ist der Selbsttest bidirektional und die gesteuerte Verlagerung des beweglichen Elements 2 ist durch Betätigung des Potentiometers 35 einstellbar und kann den vollen Meßbereich erfassen. Darüberhinaus erzeugt der Selbsttest eine mechanische Erregung der seismischen Masse 2, welche äquivalent zu einer Beschleunigung ist, ohne daß es nötig ist, dem Sensor auf einem vibrierenden Topf zu mon tieren, wenn man bei der Produktion den Sensor einer Art von Einlaufbetrieb unterziehen will.So you can perform the self-test in real time without deactivating the functions of the sensor, and in particular while maintaining the mode of operation with a closed loop. Furthermore, the self-test is bidirectional and the controlled displacement of the movable element 2 can be adjusted by actuating the potentiometer 35 and can cover the full measuring range. In addition, the self-test generates a mechanical excitation of the seismic mass 2 , which is equivalent to an acceleration, without it being necessary to mount the sensor on a vibrating pot if one wants to subject the sensor to a type of run-in operation during production.

Claims

1. Acceleration measurement method, which comprises the following steps:

- Applying an excitation signal (IM) to a movable element ( 2 ) of an acceleration sensor for determining a rest position of the element ( 2 ),
- subjecting the movable element ( 2 ) to the acceleration to be measured,
- Detecting a signal for the position deviation (EC) of the element ( 2 ), which is generated by the excitation signal (IM) and depends on the acceleration to be measured, in order to generate a control signal (ME) which is the size and the direction regulates an electrical force that is applied to the movable element ( 2 ) to return it to its rest position, and
- Determining the value of the acceleration based on the control signal (ME), characterized in that the excitation signal (IM) is applied in the form of a modulation of the control signal (ME) and that the control signal (ME) is applied permanently and by integration ( 20 ) of the position deviation signal (EC) is generated.

2. The method according to claim 1, characterized in that the position deviation signal (EC) is measured by a measurement of the electrical charge, which is induced by the excitation signal (IM) on the movable element ( 2 ).

3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the control signal (ME) modulated by two pulse trains with the same amplitudes and opposite polarity, which accordingly applies to two fixed elements ( 3 , 4 ), which the movable Surround element ( 2 ).

4. The method according to claim 3, characterized records that one integrates the position deviation signal (EC) synchronous with the modulation impulses (IM).

5. Acceleration sensor for performing the method according to claim 1, which comprises between two fixed elements ( 3 , 4 ) a movable element ( 2 ), which is provided for from a rest position under the action of an acceleration to be measured and an excitation signal (IM ) to be deflected, characterized by
an integration device ( 20 ) which is connected to the movable element ( 2 ) in order to integrate a signal for the position deviation (EC) of the element ( 2 ) which is generated by the excitation signal (IM) and by which to be measured Acceleration depends, and
an adding device ( 30 ) which is connected at its input to the integration device ( 20 ) and at its output to the fixed elements ( 3 , 4 ).

6. Sensor according to claim 5, characterized in that an amplifier ( 10 ) for measuring electrical charges is connected at the input to the movable element ( 2 ) and at the output to the integration device ( 20 ).

7. Sensor according to one of claims 5 or 6, characterized in that a recording and self-holding device ( 13-17 ) is provided in order from the movable element ( 2 ) in synchronism with the rhythm of the occurrence of the excitation signal (IM) Posi tion deviation signal (EC) to take and this to the input of the integration device ( 20 ).

8. Sensor according to one of claims 5 to 7, characterized in that a self-test device ( 34 , 35 ) is provided, which is set up, via the fixed elements ( 3 , 4 ) to the movable element ( 2 ) a test signal (ST) to transmit, which gives the sem a specified acceleration.