DE3801514A1 - Beschleunigungssensor und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungssensor zum Messen einer Beschleunigung in mehr als einer Koordinatenrichtung, mit einem in einer Ebene auslenkbaren Feder-Masse-System, bei dem eine beschleunigungsabhängige Auslenkung der Masse in ein dem zu messenden Beschleunigungsvektor entsprechendes elektri­ sches Signal umgesetzt wird, wobei bei Überschreiten eines vorgegebenen Beschleunigungs-Grenzwertes ein logisches elektri­ sches Signal erzeugt wird.

Ein derartiger Beschleunigungssensor ist aus der EP-OS 2 51 048 bekannt.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Beschleunigungssensors der vorstehend genannten Art.

Beschleunigungssensoren sind in vielerlei Ausgestaltung bekannt. Die bekannten Beschleunigungssensoren arbeiten meistens mit einem Feder-Masse-System, bei dem die Masse durch die ein­ wirkende Beschleunigung ausgelenkt und die Auslenkung wiederum in ein analoges elektrisches Signal umgewandelt wird.

Es sind ferner Beschleunigungssensoren bekannt, die ein binäres Meßverhalten aufweisen, indem sie lediglich anzeigen, ob ein bestimmter Beschleunigungs-Grenzwert überschritten wurde oder nicht. Hierzu ist es einerseits bekannt, analog arbeitende Sensoren mit elektronischen Schaltmitteln, insbesondere einem Komparator, zu koppeln und auf diese Weise das Überschreiten eines Grenzwertes zu detektieren; andererseits sind aber auch Beschleunigungssensoren bekannt, die auf Grund ihrer baulichen Konstruktion bereits in der Meßmechanik so ausgelegt sind, daß sie lediglich bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenz­ wertes der Beschleunigung ein bestimmtes logisches Signal erzeugen.

Der aus der EP-OS 2 51 048 bekannte Sensor verwendet ein aus einem Lichtleiter und einer Masse gebildetes Pendel, wobei der Auftreffpunkt des vom Lichtleiter ausgesandten Lichtstrahls auf einer Ebene dahingehend überwacht wird, ob er innerhalb einer vorgegebenen Kreisfläche (isotrope Messung) oder innerhalb einer elliptischen Fläche (anisotrope Messung) liegt.

Bekanntlich ist die Beschleunigung eine vektorielle physika­ lische Größe, die also nach ihrem Betrag und ihrer Richtung bestimmt ist. Werden bekannte Beschleunigungssensoren mit Feder-Masse-System zur Messung einer Beschleunigung verwendet, können diese Sensoren naturgemäß nur diejenige Komponente der Beschleunigung messen, die eine Auslenkung der Masse des Systems bewirkt. Die Auslenkrichtung der Masse liegt nämlich bei den bekannten Sensoren fest.

Es ist daher auch bereits vorgeschlagen worden, zum Messen einer Beschleunigung in mehr als einer Koordinatenrichtung zwei oder drei Sensoren einzusetzen, bei denen die Masse des Feder-Masse-Systems jeweils entlang einer Koordinatenrichtung auslenkbar ist. Die auf diese Weise erzeugten analogen elek­ trischen Signale werden bei diesen bekannten Beschleunigungs- Vektor-Sensoren mit Hilfe elektronischer Schaltmittel vektoriell addiert, so daß eine Anzeige und Auswertung nach Betrag und Richtung möglich ist.

Beschleunigungssensoren für ein- oder mehrdimensionale Messungen werden in den unterschiedlichsten Anwendungsbereichen ein­ gesetzt. Binär arbeitende Beschleunigungssensoren dienen im wesentlichen zum Erkennen von Extremsituationen, beispielsweise bei Insassen-Sicherungssystemen in Kraftfahrzeugen, d. h. zum Auslösen eines Airbag oder eines Gurtstraffers. Es ist aber auch bekannt, derartige binär arbeitende Beschleunigungssensoren zum Überwachen von Maschinen und Anlagen einzusetzen, um z. B. zu detektieren, daß die Maschinen oder Anlagen unzuläs­ sigerweise in eine Eigenresonanz geraten sind.

Bei manchen Anwendungsfällen der vorstehend genannten Art ist es erforderlich, zu überwachen, ob ein bestimmter Beschleuni­ gungs-Grenzwert in einer vorgegebenen Richtung der Beschleuni­ gung überschritten wurde bzw. in welcher Richtung eine Be­ schleunigung aufgetreten ist, die ihrem Betrag nach einen vorgegebenen Grenzwert überschritten hat. Generell besteht dabei die Anforderung, den Beschleunigungssensor mit möglichst wenigen und einfachen Komponenten und in möglichst kleinen Abmessungen zu realisieren, um zuverlässige und störungssichere Messungen auch unter beengten Platzverhältnissen zu ermöglichen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Beschleu­ nigungssensor der eingangs genannten Art bzw. ein Verfahren zu dessen Herstellung derart weiterzubilden, daß die vorstehend genannten Ziele erreicht werden.

Diese Aufgabe wird gemäß dem eingangs genannten Beschleunigungs­ sensor dadurch gelöst, daß das in einer Ebene auslenkbare Feder-Masse-System mit einem ersten elektrischen Kontaktelement versehen und in der Ebene von einer Mehrzahl zweiter elektri­ scher Kontaktelemente umgeben ist, derart, daß das erste elektrische Kontaktelement in Abhängigkeit von der Richtung der zu messenden Beschleunigung in der Ebene beim Überschreiten des vorgegebenen Beschleunigungs-Grenzwertes eines oder mehrere der zweiten elektrischen Kontaktelemente berührt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst, weil das in zwei Koordinatenrichtungen auslenkbare Feder-Masse-System eine 360°-Überdeckung der zu messenden Richtungen in einer Ebene ermöglicht, wobei durch geeignete Einstellung der Steifigkeit des Feder-Masse-Systems, sei es in isotroper oder in anisotroper Ausgestaltung, das Überschreiten von Grenzwerten durch geeignete Dimensionierung des Abstandes der Kontaktelemente von einander erkannt werden kann. Dies ergibt eine extrem einfache und in Mikro-Abmessungen realisierbare Bauweise mit entsprechender Zuverlässigkeit, weil lediglich ein Mindestmaß bewegter Elemente erforderlich ist.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Beschleunigungssensores sind die zweiten elektrischen Kontakt­ elemente auf einer Kreisbahn um das erste elektrische Kontakt­ element herum angeordnet.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß in allen Richtungen in der Ebene ein und derselbe Beschleunigungs-Grenzwert überwacht wird, sofern das Feder-Masse-System isotrop ausgebildet ist.

Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Be­ schleunigungssensors sind hingegen die zweiten elektrischen Kontaktelemente auf einer elliptischen Bahn um das erste elektrische Kontaktelement herum angeordnet.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß bereits im Sensor selbst eine frei vorgebbare Wichtung der Beschleunigungs-Grenzwerte in Abhängigkeit von deren Richtung in der Ebene vorgenommen werden kann, wenn in den unterschiedlichen Richtungen unter­ schiedliche Wege überbrückt werden müssen, um die elektrischen Kontaktelemente miteinander in Verbindung zu bringen.

Es versteht sich dabei, daß die Form einer elliptischen Bahn in diesem Zusammenhang nur beispielhaft zu verstehen ist, weil selbstverständlich statt einer elliptischen Bahn auch beliebige andere, nicht-kreisförmige Bahnen eingesetzt werden können.

Bei einem besonders bevorzugten praktischen Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors ist das Feder- Masse-System als einseitig eingespannter Biegestab ausgebildet, dessen freies Ende mit dem ersten elektrischen Kontaktelement versehen ist.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß eine extrem einfache Bauweise entsteht, bei der als einziges bewegtes Element der Biegestab wirksam ist, dessen Biegesteifigkeit sich durch geeignete Dimensionierung, Formgebung und Materialauswahl in weiten Bereichen, insbesondere in Mikro-Abmessungen, einstellen läßt, je nachdem wie dies im einzelnen Anwendungsfall gewünscht wird.

Bei einer Weiterbildung des vorstehend genannten Ausführungs­ beispiels besteht der Biegestab aus einem Werkstoff mit hoher innerer Reibung, insbesondere Kunststoff, und ist mindestens an seinem freien Ende mit einer umlaufenden Metallisierung versehen.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß infolge der hohen inneren Reibung des verwendeten Werkstoffes Eigenresonanzen des Biege­ stabes weitgehend unterdrückt werden. Die umlaufende Me­ tallisierung hat den Vorteil, daß trotz Verwendung eines elektrisch nicht-leitenden Werkstoffes für den Biegestab eine allseitige Kontaktgabe mit einfachen technologischen Her­ stellungsschritten erzielt werden kann.

Bei Ausführungsformen der Erfindung ist der Biegestab als Kreiszylinder ausgebildet.

Diese Maßnahme hat wiederum den Vorteil eines isotropen An­ sprechverhaltens, weil der einseitig eingespannte kreiszylin­ drische Biegestab in allen Auslenkrichtungen gleichermaßen steif wirkt.

Bei einer Alternative hierzu ist der Biegestab als Zylinder mit elliptischem Querschnitt ausgebildet.

Auch durch diese Maßnahme kann eine vorgegebene Anisotropie des Ansprechverhaltens erzielt werden, wobei der elliptische Querschnitt wiederum als Beispiel für eine Vielzahl nicht­ kreiszylindrischer Formgebungen steht.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung sind die zweiten elektrischen Kontaktelemente als starre Balken ausgebildet, die mit dem Biegestab auf einer gemeinsamen Substratplatte angeordnet sind.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß wiederum eine äußerst einfache, im Extremfall sogar monolithische Bauweise entsteht, die besonders einfach herzustellen und infolge ihres einfachen Aufbaues auch besonders unanfällig gegenüber Störungen ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform des zuvor beschriebenen Beschleunigungssensors bestehen die Balken aus einem metalli­ schen Werkstoff.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß eine Kontaktgabe des Biegestabes an den Balken durch beliebige Spannungsabnahme an dem Balken erkannt werden kann, ohne daß es zusätzlicher Kontaktelemente, Leitungsführungen oder dergleichen an den Balken bedarf.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung sind die zweiten elektrischen Kontaktelemente als Leiterbahnen auf der Innenseite eines den Biegestab umgebenden Rohrs angeordnet.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die zweiten elektrischen Kontaktelemente auf einer ihrerseits besonders steifen Struktur angeordnet sind, die den einwirkenden Beschleunigungen besonders gut widersteht. Das Anbringen von Leiterbahnen auf der Innen­ seite des Rohrs hat den Vorteil, daß eine sehr feine Stufung durch Vorsehen sehr schmaler Leiterbahnen vorgenommen werden kann, so daß die Auflösung des Winkels bei der Messung des Beschleunigungsvektors besonders hoch wird.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung bildet eine elektrische Auswerteinheit aus der Kontaktgabe des ersten elektrischen Kontaktelementes an einem der zweiten elektrischen Kontaktelemente ein einem Auslenkwinkel des Feder-Masse-Systems entsprechendes elektrisches Signal.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß durch entsprechende Um­ kodierung unmittelbar ein digitales Signal zur Verfügung gestellt werden kann, das in üblichen Datenverarbeitungsanlagen, z. B. an Bord eines Kraftfahrzeuges, weiterverarbeitet werden kann.

Bei einer Weiterbildung dieser Variante bildet die elektrische Auswerteinheit bei Kontaktgabe an zwei oder mehreren benach­ barten elektrischen Kontaktelementen einen Zwischenwert als Signal.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Auflösung der Winkel­ genauigkeit mit einfachen Mitteln erhöht werden kann.

Besonders bevorzugt sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung Beschleunigungssensoren im Subminiaturbereich, bei denen die Länge des Biegestabes 12 das 200- bis 1000-fache, insbesondere das 500-fache der Dicke beträgt und die Dicke zwischen 1 und 10 µm, vorzugsweise 5 µm beträgt.

Bei Beschleunigungssensoren der vorstehend genannten Art wird auch die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch ein Herstellungsverfahren gelöst, bei dem der Biegestab, die starren Balken bzw. das Rohr sowie die Substratplatte mittels eines lithographisch-galvanotechnischen Abformverfahrens (LIGA) oder nach einem gleichwertigen Verfahren, z.B. der Silizium- Ätztechnik, hergestellt werden.

Einzelheiten des LIGA-Verfahrens sind z.B. in dem KfK-Bericht Nr. 3995 "Herstellen von Mikrostrukturen . . ." des Kernfor­ schungszentrums Karlsruhe vom November 1985 beschrieben.

Diese Maßnahmen haben den Vorteil, daß die zuvor beschriebene Struktur mit hoher Präzision, gleichzeitig aber nahezu belie­ biger Formgebung insbesondere in Mikro-Abmessungen und, bei Verwendung des LIGA-Verfahrens, aus einer Vielzahl möglicher Ausgangsmaterialien, insbesondere Metall, Kunststoff oder Keramik hergestellt werden kann. Die Vielzahl der möglichen Formgebungen ermöglicht in diesem Falle die Vorgabe bestimmter Charakteristiken, so daß das Ansprechverhalten des so herge­ stellten Beschleunigungssensors je nach den Anforderungen des Einzelfalles nahezu beliebig variiert werden kann.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungs­ beispieles eines erfindungsgemäßen Beschleunigungs­ sensors;

Fig. 2 eine Draufsicht auf den in Fig. 1 dargestellten Beschleunigungssensor unter Hinzufügung der erfor­ derlichen Verdrahtung;

Fig. 3 eine Darstellung, ähnlich Fig. 2, jedoch für ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Beschleunigungs­ sensors;

Fig. 4 eine weitere Darstellung, ähnlich Fig. 2, jedoch für ein noch anderes Ausführungsbeispiel eines Beschleunigungssensors;

Fig. 5 ein äußerst schematisiertes Blockschaltbild einer erfindungsgemäß eingesetzten Auswerteinheit;

Fig. 6 eine Wahrheitstabelle zur Auswertung der Meßsignale des Beschleunigungssensors gemäß Fig. 2.

In Fig. 1 bezeichnet 10 insgesamt einen Beschleunigungssensor, wie er zur vektoriellen Ausmessung einer Beschleunigung b in einer durch kartesische Koordinaten x und y definierten Ebene verwendet werden kann.

Der Beschleunigungssensor 10 weist eine gemeinsame Substrat­ platte 11 auf, in der ein Biegestab 12 von kreiszylindrischer Gestalt einseitig eingespannt ist. Um den Biegestab 12 herum sind auf einer Kreisbahn Kontaktbalken 13 bis 20 angeordnet, die etwa dieselbe Länge wie der Biegestab 12 aufweisen und von denen beispielsweise acht über den Umfang von 360° verteilt sein können. Es versteht sich jedoch, daß je nach Einsatzfall und gewünschter Auflösung auch entsprechend weniger oder mehr Kontaktbalken um den Biegestab 12 herum angeordnet werden können.

Mit Pfeilen 21 ist angedeutet, daß der Biegestab 12 bei einer auf ihn einwirkenden Beschleunigung b in die Richtung ausgelenkt wird, in die auch der Beschleunigungsvektor gerichtet ist. Das Ausmaß der Auslenkung des freien Endes des Biegestabes 12 entspricht dabei dem Betrag der Beschleunigung b. Übersteigt dieser Betrag der Beschleunigung b einen Wert, der von der Dimensionierung und Materialauswahl des Biegestabes 12 sowie der Kontaktbalken 13 bis 20 abhängt, wird der Biegestab 12 so weit ausgelenkt, daß er mit seinem freien Ende einen oder zwei der Kontaktbalken 13 bis 20 berührt. Ist die Anordnung so getroffen, daß durch die Berührung des Biegestabes 12 mit einem oder zweien der Kontaktbalken 13 bis 20 ein elektrischer Kontakt geschlossen wird, so läßt sich dieser Zustand selektiv erkennen.

Es versteht sich, daß die Kontaktbalken 13 bis 20 zweckmäßiger­ weise starr, verglichen mit dem elastischen Biegestab 12 ausgebildet werden, so daß sie sich bei einer einwirkenden Beschleunigung ihrerseits nicht ebenfalls verformen.

In Fig. 2 ist in Form einer Draufsicht auf die Anordnung der Fig. 1 zu erkennen, daß der Biegestab 12 bevorzugt aus Kunst­ stoff besteht, der an seinem Umfang mit einer Metallisierung 28 versehen sein kann. Die Kontaktbalken 13 bis 20 hingegen sind, wie beim Kontaktbalken 15 angedeutet, bevorzugt metallisch ausgebildet, so daß durch Berührung der Metallisierung 28 an einem oder zweien der metallischen Kontaktbalken 13 bis 20 auf einfache Weise das Schließen eines elektrischen Kontaktes detektiert werden kann.

Hierzu ist die Metallisierung 28 mit einer ersten Anschlußklemme 30 des Beschleunigungssensors 10 verbunden, während die Kon­ taktbalken 13 bis 20 mit Anschlußklemmen 31 bis 38 verbunden sind, wie dies in Fig. 2 im einzelnen zu erkennen ist.

In Fig. 2 ist ferner der Fall eingetragen, daß auf den Biegestab 12 eine schräg nach unten rechts wirkende Beschleunigung b einwirkt, deren Betrag so groß ist, daß der Biegestab 12 in eine Position 12′ ausgelenkt wird, in der er gerade am Kon­ taktbalken 15 anliegt. In diesem Falle kann also eine Kon­ taktgabe zwischen den Anschlußklemmen 30 und 35 detektiert werden.

Fig. 3 zeigt einen abgewandelten Beschleunigungssensor 10 a, bei dem der Biegestab 12 a nicht von kreiszylindrischer Gestalt sondern vielmehr als Zylinder mit elliptischem Querschnitt ausgebildet ist. Dies bedeutet bei der in Fig. 3 gezeigten Anordnung, daß eine nach oben wirkende Beschleunigung b nur einen kleineren Grenzwert überschreiten muß, damit es zu einer Kontaktgabe, beispielsweise am Kontaktbalken 20 a kommt, so wie dies mit einem ausgelenkten Biegestab 12 a′ in Fig. 3 eingezeichnet ist, während bei einer Auslenkung in Fig. 3 nach rechts oder links ein wesentlich höherer Beschleunigungs- Grenzwert zu überschreiten ist, ehe es zu einer Kontaktgabe kommt. Dies liegt daran, daß bekanntlich bei einem einseitig eingespannten Biegestab mit elliptischem Querschnitt die Auslenkung von dessen Flächenträgheitsmoment abhängt, das bei einem Biegestab mit elliptischem Querschnitt in den Richtungen der beiden Hauptachsen von der dritten Potenz der Länge der Hauptachsen abhängt.

Eine weitere Variante eines Beschleunigungssensors mit anisotro­ pem Meßverhalten ist in Fig. 4 dargestellt.

Bei dieser Variante befindet sich ein wiederum kreiszylindri­ scher Biegestab 12 b im Zentrum eines Rohrs 40 mit elliptischem Querschnitt, das an seiner Innenseite mit Leiterbahnen 41 versehen ist.

Wirkt in diesem Falle auf den Biegestab 12 b eine z. B. in Fig. 4 schräg nach oben rechts gerichtete Beschleunigung b ein, so wird eine Kontaktgabeposition 12 b′ nach Erreichen einer gewissen Durchbiegung erreicht, die winkelabhängig ist, wie unmittelbar aus Fig. 4 zu entnehmen ist.

Es versteht sich dabei, daß die bisher allein beschriebenen kreiszylindrischen bzw. elliptischen Formen nur beispielhaft zu verstehen sind und selbstverständlich auch ander Formge­ staltungen sowohl hinsichtlich des Querschnittes des Biegestabes 12 wie auch hinsichtlich der Anordnung der umgebenden elektri­ schen Kontakte gewählt werden können, um eine Wichtung von Beschleunigungswerten in der einen Richtung gegenüber solchen in anderen Richtungen vorzunehmen.

Fig. 5 zeigt äußerst schematisch eine Auswerteinheit 50 mit Eingängen 51 und Ausgängen 52. An einen der Eingänge 51 ist eine Spannungsquelle 53 angeschlossen, die z. B. mit der Anschlußklemme 30 der Anordnung gemäß Fig. 2 verbunden werden kann. In diesem Falle führt die Metallisierung 28 des Biege­ stabes 12 eine positive elektrische Spannung, die dann an einem oder zwei der weiteren Anschlußklemmen 31 bis 38 er­ scheint, je nachdem, welcher der Kontaktbalken 13 bis 20 vom Biegestab 12 berührt wurde.

An den Ausgängen 52 erscheint dann ein Signal, wenn überhaupt eine Kontaktgabe zwischen Biegestab 12 und Kontaktbalken 13 bis 20 auftritt, wenn also einer der vorgegebenen Beschleuni­ gungs-Grenzwerte überschritten wurde und es liegt an den Ausgängen 52 in einer üblichen Kodierung, beispielsweise einer BCD-Kodierung, ein Bitmuster an, das ein Maß für den Winkel α ist, unter dem der Biegestab 12 ausgelenkt wurde und der mit der Richtung der wirkenden Beschleunigung b übereinstimmt.

Fig. 6 zeigt schließlich noch eine Wahrheitstabelle, in der die Zustände der Anschlußklemmen 31 und folgende aufgetragen sind.

In der ersten Zeile der Wahrheitstabelle gemäß Fig. 6 ist der Zustand aufgetragen, daß alle Anschlußklemmen 31 . . . auf negativem logischem Signal liegen. Dies bedeutet, daß keine Kontaktgabe zwischen dem auf positiver Spannung liegenden Biegestab 12 und einem der Kontaktbalken 13 bis 20 stattgefunden hat. Der Biegestab 12 ist daher entweder nicht oder in einer nicht-meßbaren Richtung ausgelenkt.

Wenn nur an der Anschlußklemmme 31 ein positives logisches Signal auftritt, so bedeutet dies in der Definition des Winkels gemäß Fig. 1, daß ein Auslenkwinkel von 0° gegenüber der y-Achse vorliegt. Bei etwas ansteigendem Winkel wird schließlich bei Erreichen von 22,5° eine Kontaktgabe an zwei benachbarten Kontaktbalken, nämlich den Balken 19 und 20 auftreten, so daß an den Anschlußklemmen 31 und 32 ein positives logisches Signal anliegt. Mit zunehmendem Winkel α setzt sich dieses Bild fort, indem zunächst nur an der Anschlußklemme 32, dann an den Anschlußklemmen 32 und 33, dann an der Anschlußklemme 34 alleine usw. ein positives logisches Signal einstellt. Auf diese Weise können dann Winkel von 45°, 67,5°, 90° usw. erkannt werden. Dies bezieht sich auf den Fall, daß um den Biegestab 12 herum nur acht Kontaktbalken 13 bis 20 angeordnet sind. Bei einer entsprechenden höheren Anzahl von Kontakten, wie dies in Fig. 4 durch die sehr schmalen Leiterbahnen 41 angedeutet wurde, ist naturgemäß eine entsprechende Verbesserung der Auflösung der Winkelmessung möglich.

Beschleunigungssensoren der vorstehend beschriebenen Art können vorteilhaft nach einem lithographisch-galvanotechnischen Abformverfahren (LIGA) oder aber auch in Silizium-Technologie durch Ätzen hergestellt werden. Auf diese Weise sind extrem kleine Abmessungen für den Biegestab erzielbar, so daß keine zusätzlichen seismischen Massen am freien Ende des Biegestabes angeordnet werden müssen, die zum einen die Ansprechgeschwin­ digkeit vermindern und die Neigung zu Eigenresonanzen erhöhen würden. Bei Anwendung des LIGA-Verfahrens ist man in der Wahl der Materialien weitgehend frei und kann die gewünschten Strukturen aus Metall, Kunststoff oder Keramik herstellen.

Claims (15)

1. Beschleunigungssensor zum Messen einer Beschleunigung (b) in mehr als einer Koordinatenrichtung (x, y), mit einem in einer Ebene (x/y) auslenkbaren Feder-Masse- System, bei dem eine beschleunigungsabhängige Auslenkung der Masse in ein dem zu messenden Beschleunigungsvektor (b) entsprechendes elektrisches Signal umgesetzt wird, wobei bei Überschreiten eines vorgegebenen Beschleuni­ gungs-Grenzwertes ein logisches elektrisches Signal erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Ebene (x/y) auslenkbare Feder-Masse-System mit einem ersten elektrischen Kontaktelement versehen und in der Ebene (x/y) von einer Mehrzahl zweiter elektrischer Kontaktelemente umgeben ist, derart, daß das erste elektrische Kontaktelement in Abhängigkeit von der Richtung (α) der zu messenden Beschleunigung (b) in der Ebene (x/y) bei Überschreiten des vorgegebenen Beschleunigungs-Grenzwertes eines oder mehrere der zweiten elektrischen Kontaktelemente berührt.

2. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweiten elektrischen Kontaktelemente auf einer Kreisbahn um das erste elektrische Kontakt­ element herum angeordnet sind.

3. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweiten elektrischen Kontaktelemente auf einer nicht-kreisförmigen, insbesondere elliptischen Bahn um das erste elektrische Kontaktelement herum angeordnet sind.

4. Beschleunigungssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Feder-Masse-System als einseitig eingespannter Biegestab (12) ausgebildet ist, dessen freies Ende mit dem ersten elektrischen Kontaktelement versehen ist.

5. Beschleunigungssensor nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Biegestab (12) aus einem Werkstoff mit hoher innerer Reibung, insbesondere Kunststoff, besteht, und mindestens an seinem freien Ende mit einer umlaufenden Metallisierung (28) versehen ist.

6. Beschleunigungssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegestab (12) als Kreiszylinder ausgebildet ist.

7. Beschleunigungssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegestab (12 a) als Zylinder mit nicht-kreisförmigem, insbesondere elliptischem Querschnitt ausgebildet ist.

8. Beschleunigungssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten elektrischen Kontaktelemente als starre Balken (13 bis 20) ausgebildet sind, die mit dem Biegestab (12) auf einer gemeinsamen Substratplatte (11) angeordnet sind.

9. Beschleunigungssensor nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Balken (13 bis 20) aus einem me­ tallischen Werkstoff bestehen.

10. Beschleunigungssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten elektrischen Kontaktelemente als Leiterbahnen (41) auf der Innenseite eines den Biegestab (12) umgeben­ den Rohrs (40) angeordnet sind.

11. Beschleunigungssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Auswerteinheit (50) aus der Kontaktgabe des ersten elektrischen Kontaktelementes an einem der zweiten elektrischen Kontaktelemente ein einem Aus­ lenkwinkel (α) des Feder-Masse-Systems entsprechendes elektrisches Signal bildet.

12. Beschleunigungssensor nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elektrische Auswerteinheit (50) bei Kontaktgabe an zwei oder mehreren zweiten benachbarten elektrischen Kontaktelementen einen Zwischenwert als Signal bildet.

13. Beschleunigungssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Biegestabes (12) das 200- bis 1000-fache, vorzugsweise das 500-fache seiner Dicke beträgt und daß die Dicke zwischen 1 und 10 µm, vorzugsweise 5 µm beträgt.

14. Verfahren zum Herstellen eines Beschleunigungssensors (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegestab (12), die Substratplatte (11) sowie die starren Balken (13 bis 20) bzw. das Rohr (40) mittels eines lithographisch- galvanotechnischen Abformverfahrens (LIGA) hergestellt werden.

15. Verfahren zum Herstellen eines Beschleunigungssensors (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegestab (12), die Substratplatte (11) sowie die starren Balken (13 bis 20) bzw. das Rohr (40) in Silizium-Technologie herge­ stellt werden.