DE19858827A1 - Sensor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sensor mit einer Signalquelle zur Emission eines physikalischen Signals und mit einem von der Signalquelle beabstandeten Signaldetektor zum Empfang des physikalischen Signals am Ort des Signaldetektors. Das empfangene physikalische Signal wird mit Hilfe einer Auswerteeinheit ausgewertet, in dem das empfangene physikalische Signal anhand einer eingespeicherten Information zur Signalquelle ausgewertet und daraus der relative Abstand zwischen der Signalquelle und der Signaldetektor bestimmt wird. In den relativen Abstand gehen einerseits der geometrische Abstand zwischen der Signalquelle und dem Signaldetektor sowie andererseits die Übertragungseigenschaften des Raumbereichs zwischen der Signalquelle und dem Signaldetektor ein. Wird eine dieser Einflußgrößen konstant gehalten, lassen sich Rückschlüsse auf die andere Einflußgröße ziehen und damit Aussagen über bestimmte physikalische Größen machen. Ein derartiger Sensor läßt sich beispielsweise als Beschleunigungs-, als Druck-, als Kraft-, als Gasdichte-, als Transportgeschwindigkeits- oder als Durchflußmengensensor einsetzen.

Description

Aus der DE 33 10 643 ist ein kapazitiver Sensor zur absoluten wie auch zur relativen Druckmessung bekannt. Dieser zeigt eine erste und eine zweite Elektrode, welche zueinander beabstandet sind und eine Meßkapazität bilden, wobei die erste Elektrode auf einem ersten Substratkörper und die zweite Elektrode auf einem zweiten Substratkörper angeordnet sind. Diese Substrat­ körper sind seitlich miteinander verbunden und der zweite Substratkörper im Bereich der zweiten Elektrode als durch Druck verformbare Membran ausgebildet. Die kapazitiven Aus­ gangssignale des Sensors werden einer externen Auswerteein­ richtung zugeführt und ausgewertet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sensor zu schaffen, der in seinem Aufbau einen möglichst breiten Anwen­ dungsbereich zeigt.

Diese Aufgabe wird durch einen Sensor mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Sensors sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Der erfindungsgemäße Sensor zeigt eine Signalquelle zur Emis­ sion eines physikalischen Signals und einen von der Signal­ quelle beabstandeten und von dieser unabhängigen Signaldetek­ tor zum Empfang des physikalischen Signals am Ort des Signal­ detektors nachdem das physikalische Signal den Raumbereich zwischen der Signalquelle und dem Signaldetektor überwunden hat und dadurch eine Veränderung erfahren hat. Das im Signal­ detektor empfangene Signal wird einer Auswerteeinheit zuge­ führt, die das empfangene Signal unter Zuhilfenahme einer gespeicherten Information über die Sendequelle und damit über das emittierte physikalische Signal auswertet. Bei der Aus­ wertung erfolgt vorzugsweise ein Vergleich des zu erwartenden Signals, anhand der Information über die Signalquelle und damit über das emittierte Signal, mit dem tatsächlich emp­ fangenen Signal. Dabei wird eine Information über den relati­ ven Abstand, das ist eine Größe itt der einerseits der räumli­ che Abstand zwischen der Signalquelle und dem Signaldetektor als auch die Übertragungseigenschaften des Bereichs zwischen der Signalquelle und dem Signaldetektor eingehen, gewonnen. Dieser relative Abstand ist somit von dem rein geometrischen Abstand der Signalquelle und des Signaldetektors zu unter­ scheiden.

Durch diese Art des Zusammenwirkens läßt sich bei konstantem geometrischem Abstand eine Aussage über eine Veränderung des Übertragungsverhaltens treffen und daraus bestimmte physika­ lische Eigenschaften, wie Dichteänderungen, Temperaturänderun­ gen oder Transportgeschwindigkeitsveränderungen oder eine Änderung der Durchflußmenge oder auch deren Absolutwerte be­ stimmen. Andererseits lassen sich bei konstanten Übertragungs­ bedingungen eine Aussage über die Veränderung des geometri­ schen Abstandes zwischen der Signalquelle und dem Signaldetek­ tor machen. Ist die Abstandsänderung durch eine äußere Kraft, einen Druck oder eine Beschleunigung oder ähnliches bedingt, läßt sich daraus entweder die Änderung dieser Größen oder deren Absolutwerte bestimmen. Durch die voneinander unabhängi­ ge Ausbildung der Signalquelle und des Signaldetektors als voneinander getrennter Einheiten, die idealerweise nicht ein­ mal elektrisch oder elektronisch miteinander verbunden sind, gelingt es, wechselseitige Beeinflussungen wie sie bei dem aus der DE 33 10 643 bekannten kapazitiven Sensor durch die beiden Elektroden, welche die eine Meßkapazität bilden, bekannt sind, zu vermeiden.

Als besonders geeignete physikalische Signale haben sich aus der Vielzahl der physikalischen Signale radioaktive Signale, elektromagnetische Signale, optische Signale, Druckschwankun­ gen oder thermische Signale herausgestellt. Durch eine Aus­ bildung der Signalquelle und des Signaldetektors auf einem gemeinsamen Substrat oder auf zwei getrennten eng voneinander beabstandeten Substraten läßt sich das Ausmaß des Sensors sehr stark reduzieren, was den möglichen Einsatzbereich eines sol­ chen Sensors beispielsweise in der pharmazeutischen Industrie oder chemischen Industrie, wo mit sehr hochwertigen oder teu­ ren Substanzen mit geringen Volumina gearbeitet wird, wesent­ lich erweitert.

Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, den Abstand zwi­ schen der Signalquelle und dem Signaldetektor insbesondere durch eine in sich geschlossene, mechanisch steife Konstruk­ tion aus einem oder mehreren Substraten konstant zu halten und dadurch die Möglichkeit zu schaffen, Änderungen in den Über­ tragungseigenschaften in dem Raumbereich zwischen der Signal­ quelle und dem Signaldetektor zu detektieren und auszuwerten. Ein derartiger Sensor ist besonders geeignet, Änderungen in der Gasdichte oder in der Transportgeschwindigkeit oder in der Durchflußmenge oder in der Temperaturverteilung oder die Abso­ lutwerte dazu zu bestimmen.

Auch erweist es sich als besonders vorteilhaft, die Übertra­ gungseigenschaften in dem Bereich zwischen der Signalquelle und dem Signaldetektor konstant zu halten und damit die Mög­ lichkeit zu schaffen, den Abstand zwischen der Signalquelle und dem Signaldetektor oder deren Änderung zu bestimmen. Dabei wird die Übertragungseigenschaft insbesondere dadurch konstant gehalten, daß der Raum, zwischen der Signalquelle und dem Si­ gnaldetektor von einheitlicher gleichbleibender Struktur ist. Dabei ist insbesondere auf konstante Temperatur, konstante Zusammensetzung, isotrope Ausbildung des Raums und ähnliches zu achten. Dabei hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, den Raum vollständig mit einem Edelgas oder noch besser mit einem Vakuum zu füllen. In diesem Falle läßt sich durch Ver­ gleich des empfangenen Signals mit den Informationen über das emittierte Signal eine Aussage über den Abstand bzw. dessen Änderung treffen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Steuereinheit vorgesehen, die mit der Signalquelle verbunden ist und diese steuert. Darüber hinaus ist die Steuereinheit mit der Auswerteeinheit verbunden, wodurch eine Aktualisierung der Informationen über die Signalquelle zur Auswertung der empfangenen physikalischen Signale gegeben ist. Darüber hinaus ist es möglich, mit Hilfe dieser Steuereinheit die Auswerte­ einheit und ergänzend hierzu auch den Signaldetektor nur für die Zeit in Betrieb zu nehmen, in dem der Empfang und die Auswertung eines emittierten physikalischen Signals durch die Signalquelle zu erwarten ist. Durch diese Ausführungsform gelingt es, den Stromverbrauch des Sensors über einen längeren Zeitraum wesentlich zu reduzieren, was wiederum einen ver­ größerten Einsatzbereich insbesondere in abgelegenen Meßsta­ tionen insbesondere ohne Anschluß an ein Stromnetz erschließt.

Vorzugsweise wird die Auswerteeinheit und/oder die Steuer­ einheit in dem oder den Substratkörpern insbesondere in dem Bereich der Signalquelle oder des Signaldetektors angeordnet, wodurch eine höhere Integrationsdichte des Sensors erreicht wird, was sich sehr vorteilhaft auf die Größe des Sensors auswirkt. Darüber hinaus erweist sich eine derartige Anordnung als elektronisch sehr vorteilhaft, da durch diese Anordnung sehr kurze Signalwege realisiert werden können und dadurch nur geringe Signalverluste entstehen können, was zu einem beson­ ders vorteilhaften Sigrialrauschverhältnis für das empfangene physikalische Signal führt. Weiterhin erweist sich eine der­ artige Anordnung als wenig empfindlich für äußere elektro­ nische Störeinflüsse, beispielsweise durch den ständig vorhan­ denen elektromagnetischen Smog, was insbesondere bei einem Einsatz im Automobilbereich von besonderer Bedeutung ist. Mithin erweist sich ein derartiger Sensor mit im Substratkör­ per integrierter elektronischer Auswerteeinheit und/oder Steu­ ereinheit als besonders geeignet für den Einsatz im Automobil­ bereich. Dabei wird vorzugsweise die Steuereinheit getrennt von der Auswerteeinheit im Substratkörper realisiert und dabei die Steuereinheit vorzugsweise im Bereich der Signalquelle, insbesondere unter dieser, angeordnet während die Auswerteein­ heit im Bereich des Signaldetektors insbesondere unter diesen im Substratkörper angeordnet wird. Im Falle der getrennten Ausbildung der Signalquelle und des Signaldetektors auf ge­ trennten Substratkörpern wird diese Trennung auch für die Steuereinheit und die Auswerteeinheit realisiert. Damit ist eine wechselseitige Störung der elektronischen Einheiten weit­ gehendst ausgeschlossen.

Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, die Auswerteein­ heit im Substratkörper mit einer oder mehreren signalverstär­ kenden Elementen zu versehen, die durch die Anordnung im Sub­ strat insbesondere unterhalb des Signaldetektors optimal zur Geltung kommen können, da gerade durch die kurzen Signalwege ein recht gutes Signalrauschverhältnis und damit eine gute Auflösung gegeben ist. Damit erweist sich diese Anordnung als besonders geeignete Ausbildung eines erfindungsgemäßen Sen­ sors.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel für einen Sensor, bei dem der Abstand zwischen der Signalquelle und dem Signaldetek­ tor veränderlich ausgebildet ist, ist der Substratkörper im Bereich des Signalempfängers und/oder der Substratkörper im Bereich des Signaldetektors als Membran ausgebildet, die ihre Lage aufgrund einer äußeren Kraft oder eines äußeren Drucks oder einer Beschleunigung des Sensors verändert und dadurch den Abstand zwischen der Signalquelle und dem Signaldetektor verändert und sich dadurch ein Maß für die von außen wirkende Kraft, den Druck oder die wirkende Beschleunigung oder deren Änderungen erzielen läßt. Damit gelingt es auf fertigungstech­ nisch einfache und raumsprarende Weise einen universell ge­ eigneten Sensor für die Messung von Kräften, Drücken oder Beschleunigung oder entsprechendes zu schaffen.

Vorzugsweise ist ein Sensor mit einer Membran mit einer zu­ sätzlichen Dämpfungsvorrichtung zur Dämpfung von unerwünschten Schwingungen versehen, wodurch die dargestellten Meßergebnisse von wesentlich besserer Qualität sind, denn eine Störung der Meßwerte durch unerwünschte Schwingungen insbesondere aufgrund von Resonanzen im Sensor insbesondere im Bereich der Membran lassen sich durch eine derartige Dämpfungsvorrichtung aus­ schließen. Beispielsweise lassen sich derartige Dämpfungsvor­ richtungen durch Versteifungen im Bereich der Membranen bil­ den, wodurch die Resonanzfrequenzen der Membran zielgerichtet in weniger störende Bereiche verschoben werden können oder in ihrer Eignung zum Aufschwingen deutlich reduziert werden kön­ nen. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die abge­ schlossenen Volumina des Sensors im Bereich der Membran mit einem Gas höherer Dichte aufzufüllen und dadurch eine bessere Dämpfung zu bewirken. Als ebenso geeignet hat sich herausge­ stellt, den Membranbereich durch Magnetkraft zu bedämpfen, in dem an geeigneter Stelle um die Membran herum in oder mehrere Magnete angeordnet werden und die Membran selbst wiederum mit einem entsprechenden Magnet versehen ist. Durch die magneti­ sche Wechselwirkung dieser Magnete wird die Einnahme einer Gleichgewichtslage der Membran beschleunigt und damit eine Bedämpfung bewirkt.

Gemäß einem bevorzugten Auführungsbeispiel der Erfindung ist die Signalquelle und/oder der Signaldetektor so strukturiert, daß sie zur ortsauflösenden Messung geeignet sind. Dies kann dadurch erfolgen, daß der Signaldetektor räumlich getrennte Segmente aufweist, die durch das physikalische Signal räumlich differenziert angesteuert werden und durch eine entsprechende elektronische Anordnung zur ortsauflösenden Verarbeitung der empfangenen physikalischen Signale räumlich differenziert ausgewertet werden. Diese Anordnung zur ortsauflösenden Ver­ arbeitung ist bevorzugt innerhalb des Substratkörpers ins­ besondere unterhalb des Signaldetektors im Bereich der Aus­ werteeinheit angeordnet, was zu dem vergleichbaren Vorteilen wie bei der Anordnung die der Auswerteeinheit im Substratkör­ per führt. Durch diese ortsauflösende Messung und Auswertung gelingt es, spezifische Aussagen über die Art der Auslenkung der Membran, ihren mechanischen Zustand, insbesondere ihren Ermüdungszustand und damit über die Heilbarkeit der Membran und der Sensorenanordnung zu treffen. Mithin erweist sich dieser Sensor als ein Sensor, der schon frühzeitig vor einem Ausfall aufgrund einer Materialermüdung der Membran diesen zu erwartenden Ausfall detektiert und dem Benutzer die Informa­ tion gibt, daß ein Austausch des erfindungsgemäßen Sensors notwendig ist.

Als besonders vorteilhaft hat sich bei einem Sensor erwiesen, bei dem das physikalische Signal durch elektromagnetische Strahlung realisiert ist, die Signalquelle und/oder den Si­ gnaldetektor durch eine Antenne aus Leiterbahnen auf oder in dem Substratkörper zu realisieren. Damit gelingt es, durch einen durchgehenden Fertigungsprozeß des Substratkörpers mit den darauf oder darin realisierten elektrischen Leiterbahnen und elektronischen Anordnungen ohne zusätzliche davon getrenn­ te andere Herstellungsprozesse und ohne zusätzliche Aufbrin­ gung von getrennt hergestellten Signalquellen oder Signalde­ tektoren einen kompletten Sensor zu schaffen. Dieser Sensor erweist sich damit als fertigungstechnisch sehr einfach herzu­ stellen und als sehr kostengünstig wie auch als wenig stör­ anfällig. Dies macht diesen Sensor sehr geeignet für die Mas­ senproduktion beispielsweise im Automobilbereich oder auch beim Einsatz unter extremen Bedingungen, wo ein enormer An­ spruch an die Qualität gegeben ist.

Vorzugsweise ist die Steuereinheit des Sensors mit der Signal­ quelle und der Auswerteeinheit so verbunden, daß bei der Aus­ wertung und damit beim Vergleich der ausgesendeten physika­ lischen Signale respektive der zu erwartenden physikalischen Signale mit den tatsächlich empfangenen physikalischen Signa­ len stets die aktuellen Eigenschaften der Signalquelle Berück­ sichtigung findet. Führt eine Veränderung der Eingenschaften der Signalquelle zu einer Veränderung der emittierten physika­ lischen Signale, beispielsweise durch eine nachlassende Akti­ vität einer radioaktiven Strahlungsquelle, so wird diese In­ formation mittels der Verbindungsleitung der elektronischen Anordnung zur Auswertung, auch Auswerteeinheit genannt, zur Verfügung gestellt und bei der Auswertung berücksichtigt. Damit gelingt es, Veränderungen in der Signalquelle automa­ tisch bei der Auswertung zu berücksichtigen und damit das Meßergebnis des Sensors wesentlich verläßlicher zu gestalten.

Im folgenden wir die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des Sensors mit einer radioaktiven Signalquelle und ei­ nem ortsauflösenden Signaldetektor zur Bestimmung der Durchflußmenge,

Fig. 2 ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des Sensors als Drucksensors und

Fig. 3 einen beispielhaften Schaltungsaufbau eines erfin­ dungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Sensors.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Sensor zur Durchflußmen­ genbestimmung. Der Sensor weist einen ersten Substratkörper 1 auf, dem ein zweiter Substratkörper 2 beabstandet zugeordnet ist. An dem ersten Substratkörper 1 ist die Signalquelle 3 dem zweiten Substratkörper 2 zugewandt angeordnet. Auf dem zweiten Substratkörper 2 ist auf der dem ersten Substratkörper 1 zu­ geordneten Seite der Signaldetektor 4 angeordnet, welcher in vier einzelne räumlich voneinander getrennte Einzeldetektor­ elemente 4a, 4b, 4c, 4d aufteilt ist. Im Inneren des zweiten Substratkörpers 2 ist eine elektronische Auswerteeinheit 5 angeordnet, die mit den einzelnen Signaldetektorelementen 4a-4d verbunden ist und die die empfangenen physikalischen Signa­ le verstärkt und auswertet. Dabei umfaßt die Auswertung auch eine Differenzierung nach dem Ort der einzelnen Signaldetek­ torelemente und damit eine Auswertung nach der räumlichen Entwicklung des physikalischen Signals, was zu einer Darstel­ lung der Durchflußmenge durch den Raumbereich 6 zwischen der Signalquelle 3 und dem Signaldetektor 4 führt.

Die in diesem Ausführungsbeispiel dargestellte Signalquelle 3 stellt eine thermische Quelle dar. Wird der Zwischenraum 6 zwischen dem der Signalquelle 3 und dem Signaldetektor 4 von einer langsam strömenden Flüssigkeit durchflossen so wird die thermische Energie nur wenig in die Flußrichtung abgelenkt, während bei einer höheren Flußgeschwindigkeit eine stärkere Ablenkung auftritt. Je nach Maß der Ablenkung werden verschie­ dene Signaldetektorelemente angeregt, wodurch ein Rückschluß auf die Fließgeschwindigkeit der den Raum 6 durchfließend Substanz getroffen werden kann und dadurch auch ein Maß für die Durchflußmenge gewonnen werden kann.

Bei diesem Ausführungsbeispiel arbeitet die Signalquelle 3 völlig unabhängig von dem Signaldetektor 4 bzw. von der Aus­ werteeinheit 5. Mithin ist es auch nicht erforderlich, den Signaldetektor 3 elektrisch mit dem Signaldetektor 4 oder mit der Auswerteeinheit 5 zu verbinden, was sich als besonders vorteilhaft erweist, da damit all die Probleme des Abdichtens der elektrischen Verbindungen gegenüber der auf die Durch­ flußmenge zu messenden Substanz und damit die Gefahr von Fehl­ funktion oder des Totalausfalls des Sensors weitgehend ausge­ schlossen sind.

Durch den Aufbau des Sensors mit den zwei Substratkörpern 1, 2 und der darauf angeordneten Signalquelle 3 und den Signalde­ tektor 4 mit der integrierten Auswerteeinheit 5 gelingt es, den Sensor äußerst klein auszubilden und ihn dadurch auch in Bereichen einzusetzen, wo beispielsweise nur geringe Substanz­ mengen vorhanden sind, deren Durchflußgeschwindigkeit oder Durchflußmenge bestimmt werden soll. Damit erweist sich ein derartiger Durchflußmengenmeßsensor als besonders geeignet für die pharmazeutische Industrie oder für Versuchslabore, Proto­ typenlabore und Analysenlabore der chemischen Industrie.

Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Drucksensor, der einen ersten Substratkörper 1 und einen zweiten Substratkörper 2 aufweist, wobei auf dem zweiten Substratkörper 2 ein Signal­ detektor 4 angeordnet ist und in den zweiten Substratkörper 2 eine elektronische Auswerteeinheit 5 integriert ist, die zur Verarbeitung der physikalischen Meßsignale dient. Durch die Integration der Auswerteeinrichtung 5 in dem Substratkörper 2 direkt bei dem Signaldetektor 4 wird der vorhandene Raum für den gesamten Sensor sehr günstig ausgenutzt. Weiterhin werden die Signalwege von dem Signaldetektor 4 zu der Auswerteeinheit 5 erheblich verkürzt, was zu einer besonders zuverlässigen Auswertung der Meßsignale führt. Der erste Substratkörper 1 ist derart geformt, daß er eine Membran zeigt, die durch Druck verformbar ist. Der Druck wird üblicherweise in Richtung des Pfeils auf die Membran ausgeübt. Im Bereich der Membran ist auf der den Signaldetektor 4 zugeordneten Seite eine Signal­ quelle 3 angeordnet. Wird die Membran durch das Einwirken des äußeren Drucks verformt und dadurch die Signalquelle 3 in ihrer Lage verändert, bewirkt dies eine Abstandsänderung zu dem Signaldetektor 4. Zeigt das von der Signalquelle 3 emit­ tierte physikalische Signal eine Abhängigkeit von dem durch­ laufenden Abstand vor dem Empfang durch den Signaldetektor 4, so läßt sich aus dem empfangenen physikalischen Signal durch die Auswerteeinheit 5 eine Aussage über die durchlaufende Strecke und damit den Abstand zwischen Signalquelle 3 und Signaldetektor 4 treffen und dadurch eine Aussage über den Druck auf die Membran schließen. Dabei kann sowohl eine Aus­ sage über den Relativdruck als auch den absoluten Druck ge­ troffen werden.

In dem gewählten Ausführungsbeispiel sind die Substratkörper 1, 2 aus Silizium gebildet. Dadurch wird eine besonders ein­ fache Integration der Auswerteeinheit 5 ermöglicht. Zudem weist Silizium besonders günstige mechanische Eigenschaften für die verformbare Membran 5 auf. Die Signalquelle 3 und der Signaldetektor 4 sind durch in ihrer Formgebung und Größe spezifisch ausgebildete Leiterbahnen auf dem jeweiligen Sub­ stratkörper 1, 2 ausgebildet, wodurch sie einerseits als Sende- und andererseits als Empfangsantenne für ein entspre­ chendes elektromagnetisches Signal wirken. Das elektromagneti­ sche Signal läßt sich durch die Wahl der Form und der Größe der entsprechenden Leiterbahnen spezifizieren, wodurch die Einflüsse störender äußerer elektromagnetischer Felder auf ein Minimum reduziert werden können. Wie zuvor beschrieben hängt das empfangene elektromagnetische Signal von den Übertragungs­ eigenschaften des Raumes 6 zwischen der Signalquelle 3 und dem Signaldetektor 4 ab, wobei insbesondere der Abstand eine zen­ trale Bedeutung hat. Wird der Raum durch eine homogene Sub­ stanz ausgefüllt, die in ihren elektromagentischen Übertra­ gungseigenschaften abgesehen von der Übertragungsstrecke un­ spezifisch ist, so erweist sich diese Ausbildung des Sensors als besonders geeignet, beispielsweise den Druck auf die Mem­ bran exakt zu bestimmen. Tritt ergänzend zu der Abhängigkeit von Übertragungseigenschaften von der Übertragungsstrecke eine Abhängigkeit von der Temperatur hinzu, so kann diese Tempera­ turabhängigkeit nach der Messung durch ein an sich bekanntes Thermometer bei der Auswertung durch die Auswerteeinheit 5 berücksichtigt werden. In einem solchen Fall läßt sich dieser Sensor aber auch umgekehrt als Temperatursensor verwenden, sofern der Abstand zwischen der Signalquelle 3 und dem Signal­ detektor 4 konstant gehalten wird oder auf andere Weise be­ stimmt werden kann.

Fig. 3 zeigt einen beispielhaften Schaltungsaufbau eines er­ findungsgemäßen Sensors. Er zeigt die Sendequelle 3, die durch den Raumbereich 6 von dem Signaldetektor 4 getrennt ausge­ bildet ist. Die Signalquelle 3 sendet ein physikalisches Si­ gnal in Richtung des Signaldetektors 4 aus. Dieses Signal ist als Pfeil B angedeutet und durchquert den Raumbereich 6.

Der Sensor zeigt eine Steuereinheit 7, die über eine Steuer­ leitung mit der Sendequelle 3 verbunden ist und diese zum Aussenden eines bestimmten physikalischen Signals zu einem bestimmten Zeitpunkt ansteuert. Weiterhin ist die Steuerein­ heit 7, welche vorzugsweise im Bereich der Signalquelle 3 in dessen Substratkörper 1 integriert ist, mit dem Signaldetektor 4 verbunden. Die Auswerteeinheit 5 ist in dem Signaldetektor 4 zugeordneten zweiten Substratkörper 2 integriert ausgebildet. Mittels den Verbindungsleitungen zum Signaldetektor 4 und zur Auswerteeinheit 5 werden diese in Kenntnis der Steuerdaten der Signalquelle und der erwarteten Empfangszeit des physikali­ schen Signals zielgerichtet eingeschaltet, so daß eine sichere Dektektion des von der Signalquelle 3 emittierten physika­ lischen Signals durch den Signaldetektor 4 und eine entspre­ chende Auswertung in der Auswerteeinheit 5 gegeben ist. Au­ ßerhalb dieses für einen sicheren Betrieb erforderlichen Zeit­ fensters wird der Signaldetektor 4 oder auch die Auswerteein­ heit 5 ausgeschaltet, wodurch der Energieverbrauch des Sensors über die Zeit wesentlich reduziert ist. Entsprechendes gilt auch für die Signalquelle 3.

Die Auswerteeinheit 5 ist neben der Verbindung mit der Steuer­ einheit 7 und dem Signaldetektor 4, über die das empfangene physikalische Signal der Auswerteeinheit 5 zugeführt wird, auch mit einem externen Display 9 verbunden. In diesem Display werden die durch die Auswerteeinheit 5 bestimmten Meßgrößen wie Druck, Kraft, Beschleunigung, Durchflußgeschwindigkeit, Durchflußmenge, Temperatur oder ähnliches dem Benutzer ange­ zeigt.

Bezugszeichenliste

1

erster Substratkörper

2

zweiter Substratkörper

3

Signalquelle

4

Signaldetektor

5

Auswerteeinheit

6

Raumbereich

7

Steuereinheit

8

Display

Claims (17)

1. Sensor mit einer Signalquelle (3) zur Emission eines phy­ sikalischen Signals und mit einem von der Signalquelle (3) beabstandeten Signaldetektor (4) zum Empfang des physikali­ schen Signals am Ort des Signaldetektors und mit einer Aus­ werteeinheit (5), die mit dem Signaldetektor (4) verbunden ist und die das empfangene physikalische Signal auswertet und daraus den relativen Abstand zwischen der Signalquelle (3) und dem Signaldetektor (4) bestimmt, wobei die Signalquelle (3) und der Signaldetektor (4) auf einem gemeinsamen Sub­ stratkörper (1) oder auf zwei voneinander beabstandeten Sub­ stratkörpern (1, 2) angeordnet sind.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung anhand einer ein­ gespeicherten Information zur Senderquelle (3) erfolgt.

3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der räumliche Abstand zwischen der Signalquelle (3) und dem Signaldetektor (4) konstant ist und der Raumbereich (6) zwischen diesen eine Änderung der Übertragungseigenschaft erfahren kann.

4. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der räumliche Abstand zwischen der Signalquelle (3) und dem Signaldetektor (4) veränderlich ist und der Raumbereich (6) zwischen diesen keine Änderung der Übertragungseigenschaften erfährt.

5. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (5) so ausge­ bildet ist, daß aus dem relativen Abstand die Gasdichte oder die Transportgeschwindigkeit oder die Durchflußmenge bestimmt wird.

6. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit so ausgebil­ det ist, daß aus dem relativen Abstand die Beschleunigung, der Druck oder die Kraft auf den Sensor bestimmt wird.

7. Sensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (7) mit der Signalquelle (3) verbunden ist und diese steuert und daß die Auswerteeinheit (5) so mit der Steuereinheit (7) verbunden ist, daß anhand der von der Steuereinheit (7) empfangenen Steuerdaten die Informationen zur Signalquelle (3) aktuali­ sierbar sind.

8. Sensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (7) mit einem oder mehreren der Sendequelle (3), dem Signaldetektor (4) und der Auswerteeinheit (5) so verbunden ist, daß diese durch die Steuereinheit (7) zielgerichtet abschaltbar und in Betrieb nehmbar sind.

9. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem der Substrat­ körper (1, 2) die Auswerteeinheit (5) und/oder die Steuer­ einheit (7) integriert ist.

10. Sensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (5) unterhalb des Signaldetektors (4) im Substratkörper (2) angeordnet ist.

11. Sensor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (5) im zwei­ ten Substratkörper (2) und die Steuereinheit (7) in dem er­ sten Substratkörper (1) integriert angeordnet ist.

12. Sensor nach einem der vorstehenden Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (5) und/oder die Steuereinheit (7) signalverstärkende Elemente aufweist.

13. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Substratkörper (1), in dem die Signalquelle (3) angeordnet ist, und/oder ein Bereich des zweiten Substratkörpers (2), in dem der Signaldetektor (4) angeordnet ist, als Membran ausgebildet ist.

14. Sensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dämpfungsvorrichtung zur Dämpfung der Membran vorgesehen ist.

15. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle (3) und/oder der Signaldetektor (4) zur ortsauflösenden Messung räumlich strukturiert ausgebildet ist.

16. Sensor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Anordnung zur Verarbeitung der ortsaufgelösten Messung vorgesehen ist.

17. Sensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der auf oder in dem je­ weiligen Substrat angeordneten Leiterbahnen zur Bildung der Signalquelle (3) und/oder zur Bildung des Signaldetektors (4) verwendet ist.