JP2001518612A - センサおよび該センサの作動方法 - Google Patents
センサおよび該センサの作動方法Info
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/12—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in capacitance, i.e. electric circuits therefor
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- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
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- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
- G01L9/0073—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a semiconductive diaphragm
Abstract
(57)【要約】
本発明は、センサ（１）例えば同じ形式の容量性の２つの部分構造（Ｃ１，Ｃ２）を備えるマイクロメカニカル圧力センサに関し、ここでこの部分構造（Ｃ１，Ｃ２）は評価回路（９，１０）に接続されている。同相信号による制御の場合、加算信号が圧力に依存する有効信号として供給され、逆相信号による制御の場合、差分信号が診断信号として供給される。
Description
【０００１】 本発明は、請求項１の上位概念に記載されたセンサ、例えば圧力センサに関す
る。
る。
【０００２】 上記のようなセンサは、マイクロメカニカルシリコン圧力センサの形態で例え
ばＤＥ−ＰＳ４４１８２０７Ｃ１から公知である。ここでこのセンサは実質的に
、あらゆる方向に張設されたダイアフラムから成り、このダイアフラムは、２つ
のダイアフラム表面間に圧力差があると反りを生じる。信号の変換は、例えば集
積された単結晶または誘電体により絶縁された多結晶の圧電抵抗を用いて、また
は固定の対向電極との容量測定により行われる（圧電抵抗式ないしは容量式の信
号変換）。これらのセンサに通常課せられる要求は、これらのセンサの特性が時
間の経過と共に際立って変化しないことである。例えば安全性に関連するセンサ
、例えば自動車分野におけるアクティブ乗員保護装置（エアバッグ）では、観察
すべき所定の変化、例えば欠陥を直ちに識別し、これに基づいて手段を講じてエ
ラーから生じる誤作動を排除することが望ましい。直接に実施できる、圧力セン
サのためのセルフテストはこれまで公知でない。間接的なセルフテストでは、ア
クティブなセルフテストとパッシブなセルフテストを区別することができる。ア
クティブなセルフテストは、所定の静電的な変位および発生するセンサ信号を相
応にサンプリングすることによって行うことができる。しかしながらこれはかな
り困難である。まずシリコン圧力センサダイアフラムの静電的な変位のために、
対向電極が必要であるが、この対向電極はバルクマイクロマシニングを用いて製
作したシリコン圧力センサでは存在しない。表面マイクロマシニングを用いて製
作した圧力センサにおいては（またはより一般的に容量式にサンプリングされる
圧力センサにおいては）有利な対向電極が存在するが、しかし通例は極めて高い
変位電圧が必要であり（約１ｂａｒの圧力領域では少なくとも数１０Ｖ）、この
変位電圧は、通例の動作電圧が約５Ｖであるセンサモジュール上では使用できな
い。１つしかダイアフラムを有しない圧力センサのパッシブセルフテストは通例
、このセンサが正確に決められた、ないしは正確に分かっている基準圧力にさら
されている場合にのみ行うことができる。しかし通常はこのようなことはなく、
したがってパッシブセルフテストによっては、精度の変化も、場合によって生じ
ているセンサの損傷も識別することができない。
ばＤＥ−ＰＳ４４１８２０７Ｃ１から公知である。ここでこのセンサは実質的に
、あらゆる方向に張設されたダイアフラムから成り、このダイアフラムは、２つ
のダイアフラム表面間に圧力差があると反りを生じる。信号の変換は、例えば集
積された単結晶または誘電体により絶縁された多結晶の圧電抵抗を用いて、また
は固定の対向電極との容量測定により行われる（圧電抵抗式ないしは容量式の信
号変換）。これらのセンサに通常課せられる要求は、これらのセンサの特性が時
間の経過と共に際立って変化しないことである。例えば安全性に関連するセンサ
、例えば自動車分野におけるアクティブ乗員保護装置（エアバッグ）では、観察
すべき所定の変化、例えば欠陥を直ちに識別し、これに基づいて手段を講じてエ
ラーから生じる誤作動を排除することが望ましい。直接に実施できる、圧力セン
サのためのセルフテストはこれまで公知でない。間接的なセルフテストでは、ア
クティブなセルフテストとパッシブなセルフテストを区別することができる。ア
クティブなセルフテストは、所定の静電的な変位および発生するセンサ信号を相
応にサンプリングすることによって行うことができる。しかしながらこれはかな
り困難である。まずシリコン圧力センサダイアフラムの静電的な変位のために、
対向電極が必要であるが、この対向電極はバルクマイクロマシニングを用いて製
作したシリコン圧力センサでは存在しない。表面マイクロマシニングを用いて製
作した圧力センサにおいては（またはより一般的に容量式にサンプリングされる
圧力センサにおいては）有利な対向電極が存在するが、しかし通例は極めて高い
変位電圧が必要であり（約１ｂａｒの圧力領域では少なくとも数１０Ｖ）、この
変位電圧は、通例の動作電圧が約５Ｖであるセンサモジュール上では使用できな
い。１つしかダイアフラムを有しない圧力センサのパッシブセルフテストは通例
、このセンサが正確に決められた、ないしは正確に分かっている基準圧力にさら
されている場合にのみ行うことができる。しかし通常はこのようなことはなく、
したがってパッシブセルフテストによっては、精度の変化も、場合によって生じ
ているセンサの損傷も識別することができない。
【０００３】 本発明の課題は、セルフチェックを備えるセンサ、例えば圧力センサを改善し
て、これを技術的に容易に製作できるようにすることである。さらにこのセンサ
は、自動車分野の安全性に関連する適用にとって有利であり、かつ十分に信頼性
が高く、しかも簡単に実施できるセルフチェックを可能にするものでなければな
らない。別の課題はこのセンサの作動方法を提供することである。
て、これを技術的に容易に製作できるようにすることである。さらにこのセンサ
は、自動車分野の安全性に関連する適用にとって有利であり、かつ十分に信頼性
が高く、しかも簡単に実施できるセルフチェックを可能にするものでなければな
らない。別の課題はこのセンサの作動方法を提供することである。
【０００４】 第１の課題は請求項１の特徴部分に記載された構成を備えるセンサにより、第
２の課題は請求項６の特徴部分に記載された構成を備える方法により解決される
。
２の課題は請求項６の特徴部分に記載された構成を備える方法により解決される
。
【０００５】 本発明の有利な発展形態は従属請求項２から５に記載されている。
【０００６】 本発明では、作用エレメントは少なくとも２つの部分構造からなり、これらの
部分構造は測定すべき同じ物理量にさらされている。各々の部分構造は評価回路
に測定信号を供給する。この評価回路は比較回路を有しており、ここで少なくと
も２つの測定信号が比較される。この比較回路は出力として比較信号を供給する
。本発明の重要な着眼点は、センサの作用エレメント、すなわち通例、有効信号
を供給する検出器、例えば容量性の検出器が、少なくとも２つの部分構造からな
り、これらの供給する情報を平均することである。この場合に部分的な損傷を、
２つの部分構造の信号を相互に比較することによって識別することができる。こ
れらの２つの部分構造が正常な場合には、発生する比較信号は所定の値を出力し
、例えば差分信号の場合、これは理想的には０であるはずである。ばらつきによ
る違いを考慮したり、場合によってはオフセット補正することにより、所定の「
ゼロ値」から高々わずかに偏差したテスト信号が得られるが、この信号は、測定
すべき物理的な入力量（例えば圧力）にはまったく依存しない。センサが部分的
に損傷した場合、「ゼロ値」からはっきりと偏差した信号が発生し、この信号と
、損傷していないセンサの目標信号とを比較することにより損傷を識別すること
ができる。
部分構造は測定すべき同じ物理量にさらされている。各々の部分構造は評価回路
に測定信号を供給する。この評価回路は比較回路を有しており、ここで少なくと
も２つの測定信号が比較される。この比較回路は出力として比較信号を供給する
。本発明の重要な着眼点は、センサの作用エレメント、すなわち通例、有効信号
を供給する検出器、例えば容量性の検出器が、少なくとも２つの部分構造からな
り、これらの供給する情報を平均することである。この場合に部分的な損傷を、
２つの部分構造の信号を相互に比較することによって識別することができる。こ
れらの２つの部分構造が正常な場合には、発生する比較信号は所定の値を出力し
、例えば差分信号の場合、これは理想的には０であるはずである。ばらつきによ
る違いを考慮したり、場合によってはオフセット補正することにより、所定の「
ゼロ値」から高々わずかに偏差したテスト信号が得られるが、この信号は、測定
すべき物理的な入力量（例えば圧力）にはまったく依存しない。センサが部分的
に損傷した場合、「ゼロ値」からはっきりと偏差した信号が発生し、この信号と
、損傷していないセンサの目標信号とを比較することにより損傷を識別すること
ができる。
【０００７】 本発明の原理によると、作用エレメントの少なくとも２つの部分構造は、機能
的または構造的に同じに構成される。これらの部分構造を同じ構造にすることお
よび／または同じように配線することにより、作用エレメントの部分構造が損傷
していない場合にこれらの部分構造から供給される信号が実践的には同じである
ことが保証される。
的または構造的に同じに構成される。これらの部分構造を同じ構造にすることお
よび／または同じように配線することにより、作用エレメントの部分構造が損傷
していない場合にこれらの部分構造から供給される信号が実践的には同じである
ことが保証される。
【０００８】 このセンサの殊に有利な発展形態では、２つの部分構造の出力側はシグマ−デ
ルタ変換器の入力側に結合される。
ルタ変換器の入力側に結合される。
【０００９】 本発明のセンサ作動方法では、有効信号（この信号から測定値が求められる）
を形成するために部分構造を制御して、これらの部分構造の出力信号が加算され
るようにする。さらに診断信号（この信号に基づいてセンサが正常かどうかが決
定される）を形成するために部分構造を制御して、これらの部分構造の出力信号
が減算されるようにする。
を形成するために部分構造を制御して、これらの部分構造の出力信号が加算され
るようにする。さらに診断信号（この信号に基づいてセンサが正常かどうかが決
定される）を形成するために部分構造を制御して、これらの部分構造の出力信号
が減算されるようにする。
【００１０】 別の利点、ならびに有利な発展形態および実施形態は、以下で図１から５に関
連して説明する実施例に記載されている。ここで、 図１は、容量式圧力センサの概略断面図を示しており、 図２は、圧力センサの概略平面図を示しており、 図３および４は、圧力センサの動作を概略的に示しており、 図５は、逆相または同相で交互に制御される圧力センサの、別の配線を表す概
略ブロック図を示している。
連して説明する実施例に記載されている。ここで、 図１は、容量式圧力センサの概略断面図を示しており、 図２は、圧力センサの概略平面図を示しており、 図３および４は、圧力センサの動作を概略的に示しており、 図５は、逆相または同相で交互に制御される圧力センサの、別の配線を表す概
略ブロック図を示している。
【００１１】 図１および図２の容量式圧力センサ１はマイクロメカニカルセンサである。こ
のセンサは、シリコン基板２上にマイクロメカニカル手法により製作された、少
なくとも２つのダイアフラム３を有する。このダイアフラム３は、ドーピングさ
れた、薄いポリシリコンシートからなり、このポリシリコンシートは、シリコン
基板２の表面に形成された、酸化層５の空所４の上に張られており、測定すべき
圧力が作用すると反りを生じる。このメンブラン３はキャパシタンスＣ１および
Ｃ２の第１電極として動作する。第２電極すなわち対向電極としてシリコン基板
２にドーピングされたウェル領域６を使用し、このウェル領域６の上に空所４が
ある。
のセンサは、シリコン基板２上にマイクロメカニカル手法により製作された、少
なくとも２つのダイアフラム３を有する。このダイアフラム３は、ドーピングさ
れた、薄いポリシリコンシートからなり、このポリシリコンシートは、シリコン
基板２の表面に形成された、酸化層５の空所４の上に張られており、測定すべき
圧力が作用すると反りを生じる。このメンブラン３はキャパシタンスＣ１および
Ｃ２の第１電極として動作する。第２電極すなわち対向電極としてシリコン基板
２にドーピングされたウェル領域６を使用し、このウェル領域６の上に空所４が
ある。
【００１２】 したがってこのモノリシック圧力センサ１は、表面マイクロメカニカル法（Su
rface Micromachining）を用いて製作されている。ここでこのダイアフラム材料
に対してポリシリコンの他に別の適当な導電性材料を使用して、ダイアフラムの
変位を容量的に捉えることもできる。
rface Micromachining）を用いて製作されている。ここでこのダイアフラム材料
に対してポリシリコンの他に別の適当な導電性材料を使用して、ダイアフラムの
変位を容量的に捉えることもできる。
【００１３】 ダイアフラムが単結晶シリコンにより製作されており、圧電抵抗による信号捕
捉を使用する、いわゆるバルクマイクロメカニカル技術を用いて製作した圧力セ
ンサに対するこの圧力センサの実質的な利点は、従来の集積回路の製作するとき
と類似の製造ステップを使用することができ、その結果、信号処理のための所要
の回路（図１および２には図示されていない）を、ＣＭＯＳ製造ステップつまり
比較的簡単な集積により製作することができることである。
捉を使用する、いわゆるバルクマイクロメカニカル技術を用いて製作した圧力セ
ンサに対するこの圧力センサの実質的な利点は、従来の集積回路の製作するとき
と類似の製造ステップを使用することができ、その結果、信号処理のための所要
の回路（図１および２には図示されていない）を、ＣＭＯＳ製造ステップつまり
比較的簡単な集積により製作することができることである。
【００１４】 図２の平面図は、同じように形成された２つの部分構造７，８（全体容量はＣ
１およびＣ２である）を示しており、これらの部分構造７，８はそれぞれ（例え
ば）６つの正方形の個別のダイアフラムからなる。この個別のダイアフラムの数
および形状は任意である。有利であるのは、２つの部分構造７および８をそれぞ
れ同じ構造にし、一緒に接続して全体キャパシタンスＣ１およびＣ２にすること
である。この様子が図１の断面図に概略的に示されている。部分構造を同じ構造
にし、同じように配線することにより、これらの部分構造の容量値Ｃ１とＣ２は
、実践的に等しいことが保証されている。Ｃ１ないしはＣ２の絶対的な値は通例
、約２ｐＦであり、１００Ｐａの圧力信号は通例、０．１５ｆＦの容量値の変化
を発生する。これによって評価回路機器に高い要求がなされる。
１およびＣ２である）を示しており、これらの部分構造７，８はそれぞれ（例え
ば）６つの正方形の個別のダイアフラムからなる。この個別のダイアフラムの数
および形状は任意である。有利であるのは、２つの部分構造７および８をそれぞ
れ同じ構造にし、一緒に接続して全体キャパシタンスＣ１およびＣ２にすること
である。この様子が図１の断面図に概略的に示されている。部分構造を同じ構造
にし、同じように配線することにより、これらの部分構造の容量値Ｃ１とＣ２は
、実践的に等しいことが保証されている。Ｃ１ないしはＣ２の絶対的な値は通例
、約２ｐＦであり、１００Ｐａの圧力信号は通例、０．１５ｆＦの容量値の変化
を発生する。これによって評価回路機器に高い要求がなされる。
【００１５】 図３および４の圧力センサ１の配線を示すブロック回路図には、このセンサの
部分構造が、簡単のためにキャパシタンスＣ１とＣ２により示されている。セン
サ部品のシリコン基板２上に同じように集積されて構成された評価回路には参照
符号９が付されている。
部分構造が、簡単のためにキャパシタンスＣ１とＣ２により示されている。セン
サ部品のシリコン基板２上に同じように集積されて構成された評価回路には参照
符号９が付されている。
【００１６】 図３ではキャパシタンスＣ１とＣ２は、信号１３，１４により同相で制御され
るようになっており、キャパシタンスＣ１とＣ２の出力は共通に、クロック制御
のスイッチ１２に供給されている。このスイッチ１２は回路装置９に前置接続さ
れている。この回路装置９およびスイッチ１２は、概略的にアナログ−デジタル
（Ａ／Ｄ）変換器を表しており、このアナログ−デジタル変換器は２次のシグマ
−デルタ変調器と、２段のデジタルデシメーションフィルタを有する（図には詳
しく示されていない）。
るようになっており、キャパシタンスＣ１とＣ２の出力は共通に、クロック制御
のスイッチ１２に供給されている。このスイッチ１２は回路装置９に前置接続さ
れている。この回路装置９およびスイッチ１２は、概略的にアナログ−デジタル
（Ａ／Ｄ）変換器を表しており、このアナログ−デジタル変換器は２次のシグマ
−デルタ変調器と、２段のデジタルデシメーションフィルタを有する（図には詳
しく示されていない）。
【００１７】 この制御では、Ｃ１およびＣ２の２つの個別信号の和から供給される有効信号
が得られる。欠陥のないセンサに対しては、Ｃ１がＣ２に等しく、Ｃ１＋Ｃ２か
ら圧力に依存する有効信号が得られる。
が得られる。欠陥のないセンサに対しては、Ｃ１がＣ２に等しく、Ｃ１＋Ｃ２か
ら圧力に依存する有効信号が得られる。
【００１８】 図４ではキャパシタンスＣ１とＣ２は、信号１５，１６により逆相で制御され
る。この制御では、容量による入力信号の減算が行われ、Ｃ１およびＣ２の２つ
の入力信号の差分から供給される診断信号が得られる。この診断信号により、セ
ンサが正常であるか否かが決定される。
る。この制御では、容量による入力信号の減算が行われ、Ｃ１およびＣ２の２つ
の入力信号の差分から供給される診断信号が得られる。この診断信号により、セ
ンサが正常であるか否かが決定される。
【００１９】 この診断信号は、欠陥のないセンサでは、場合によって存在するオフセット補
正を無視するとゼロであり、センサが損傷している場合、ゼロとは異なる値を有
する。
正を無視するとゼロであり、センサが損傷している場合、ゼロとは異なる値を有
する。
【００２０】 しかしながら本発明の原理は、厳密に同相または厳密に逆相で個別キャパシタ
ンスＣ１およびＣ２を制御する、図３および４に説明した配線例に限定されない
。むしろより複合した配線も可能である。
ンスＣ１およびＣ２を制御する、図３および４に説明した配線例に限定されない
。むしろより複合した配線も可能である。
【００２１】 このために図５では別の実施例が示されている。ここでは（交互に制御される
）キャパシタＣ１およびＣ２が、それぞれ別個のスイッチ１７，１８に配属され
ており、これらのスイッチ１７，１８は、オペアンプ回路ないしは比較器回路と
して構成された評価回路１１の２つの別個の入力側に配属されている。
）キャパシタＣ１およびＣ２が、それぞれ別個のスイッチ１７，１８に配属され
ており、これらのスイッチ１７，１８は、オペアンプ回路ないしは比較器回路と
して構成された評価回路１１の２つの別個の入力側に配属されている。
【図１】 容量式圧力センサの概略断面図である。
【図２】 圧力センサの概略平面図である。
【図３】 圧力センサの動作を概略的に示す図である。
【図４】 圧力センサの動作を概略的に示す別の図である。
【図５】 交互に逆相または同相で制御される圧力センサの別の配線の概略的ブロック図
である。
である。
１ 容量性圧力センサ ２ シリコン基板 ３ ポリシリコンシート ４ 空所 ５ 酸化層 ６ ウェル領域 ７，８ 部分構造 ９，１１ 評価回路 １２ クロック制御スイッチ １３−１６ 信号 １７，１８ クロック制御スイッチ
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年３月３０日（２０００．３．３０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 マイクロメカニカルセンサおよび該センサの作動方法
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００１】 本発明は、請求項１の上位概念に記載されたマイクロメカニカルセンサおよび
請求項９の記載された、マイクロメカニカルセンサの作動法に関する。
請求項９の記載された、マイクロメカニカルセンサの作動法に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００２】 上記のようなマイクロメカニカルセンサは、シリコン圧力センサの形態で例え
ばＤＥ−ＰＳ４４１８２０７Ｃ１から公知である。ここでこのセンサは実質的に
、あらゆる方向に張設されたダイアフラムから成り、このダイアフラムは、２つ
のダイアフラム表面間に圧力差があると反りを生じる。信号の変換は、例えば集
積された単結晶または誘電体により絶縁された多結晶の圧電抵抗を用いて、また
は固定の対向電極との容量測定により行われる（圧電抵抗式ないしは容量式の信
号変換）。これらのセンサに通常課せられる要求は、これらのセンサの特性が時
間の経過と共に際立って変化しないことである。例えば安全性に関連するセンサ
、例えば自動車分野におけるアクティブ乗員保護装置（エアバッグ）では、観察
すべき所定の変化、例えば欠陥を直ちに識別し、これに基づいて手段を講じてエ
ラーから生じる誤作動を排除することが望ましい。直接に実施できる、圧力セン
サのためのセルフテストはこれまで公知でない。間接的なセルフテストでは、ア
クティブなセルフテストとパッシブなセルフテストを区別することができる。ア
クティブなセルフテストは、所定の静電的な変位および発生するセンサ信号を相
応にサンプリングすることによって行うことができる。しかしながらこれはかな
り困難である。まずシリコン圧力センサダイアフラムの静電的な変位のために、
対向電極が必要であるが、この対向電極はバルクマイクロマシニングを用いて作
製したシリコン圧力センサでは存在しない。表面マイクロマシニングを用いて作
製した圧力センサにおいては（またはより一般的に容量式にサンプリングされる
圧力センサにおいては）有利な対向電極が存在するが、しかし通例は極めて高い
変位電圧が必要であり（約１ｂａｒの圧力領域では少なくとも数１０Ｖ）、この
変位電圧は、通例の動作電圧が約５Ｖであるセンサモジュール上では使用できな
い。１つしかダイアフラムを有しない圧力センサのパッシブセルフテストは通例
、このセンサが正確に決められた、ないしは正確に分かっている基準圧力にさら
されている場合にのみ行うことができる。しかし通常はこのようなことはなく、
したがってパッシブセルフテストによっては、精度の変化も、場合によって生じ
ているセンサの損傷も識別することができない。 ＥＰ−Ａ−０７５３７２８から、逆の２つ位相で動作するダイアフラムを備え
る差動半導体圧力センサが公知であり、この圧力センサは、２つのダイアフラム
の変位の違いを捉えることによって、静力学的な圧力エラーおよび温度エラーを
処理することができる。 ＵＳ−Ａ−５０２２２７０から、圧力センサと付加的な圧力センサとを備える
トランスミッタが公知であり、ここでこの付加的な圧力センサは、測定領域を拡
大するために、または冗長性を目的として使用されている。 ＵＳ−Ａ−５４３１０５７から、マトリクス状に配置された数多くの個別セン
サを備える圧力センサが公知であり、ここでこれらの個別センサは、キャパシタ
ンスを増加し、ひいては出力信号を大きくするために結合アームを介して結合さ
れている。
ばＤＥ−ＰＳ４４１８２０７Ｃ１から公知である。ここでこのセンサは実質的に
、あらゆる方向に張設されたダイアフラムから成り、このダイアフラムは、２つ
のダイアフラム表面間に圧力差があると反りを生じる。信号の変換は、例えば集
積された単結晶または誘電体により絶縁された多結晶の圧電抵抗を用いて、また
は固定の対向電極との容量測定により行われる（圧電抵抗式ないしは容量式の信
号変換）。これらのセンサに通常課せられる要求は、これらのセンサの特性が時
間の経過と共に際立って変化しないことである。例えば安全性に関連するセンサ
、例えば自動車分野におけるアクティブ乗員保護装置（エアバッグ）では、観察
すべき所定の変化、例えば欠陥を直ちに識別し、これに基づいて手段を講じてエ
ラーから生じる誤作動を排除することが望ましい。直接に実施できる、圧力セン
サのためのセルフテストはこれまで公知でない。間接的なセルフテストでは、ア
クティブなセルフテストとパッシブなセルフテストを区別することができる。ア
クティブなセルフテストは、所定の静電的な変位および発生するセンサ信号を相
応にサンプリングすることによって行うことができる。しかしながらこれはかな
り困難である。まずシリコン圧力センサダイアフラムの静電的な変位のために、
対向電極が必要であるが、この対向電極はバルクマイクロマシニングを用いて作
製したシリコン圧力センサでは存在しない。表面マイクロマシニングを用いて作
製した圧力センサにおいては（またはより一般的に容量式にサンプリングされる
圧力センサにおいては）有利な対向電極が存在するが、しかし通例は極めて高い
変位電圧が必要であり（約１ｂａｒの圧力領域では少なくとも数１０Ｖ）、この
変位電圧は、通例の動作電圧が約５Ｖであるセンサモジュール上では使用できな
い。１つしかダイアフラムを有しない圧力センサのパッシブセルフテストは通例
、このセンサが正確に決められた、ないしは正確に分かっている基準圧力にさら
されている場合にのみ行うことができる。しかし通常はこのようなことはなく、
したがってパッシブセルフテストによっては、精度の変化も、場合によって生じ
ているセンサの損傷も識別することができない。 ＥＰ−Ａ−０７５３７２８から、逆の２つ位相で動作するダイアフラムを備え
る差動半導体圧力センサが公知であり、この圧力センサは、２つのダイアフラム
の変位の違いを捉えることによって、静力学的な圧力エラーおよび温度エラーを
処理することができる。 ＵＳ−Ａ−５０２２２７０から、圧力センサと付加的な圧力センサとを備える
トランスミッタが公知であり、ここでこの付加的な圧力センサは、測定領域を拡
大するために、または冗長性を目的として使用されている。 ＵＳ−Ａ−５４３１０５７から、マトリクス状に配置された数多くの個別セン
サを備える圧力センサが公知であり、ここでこれらの個別センサは、キャパシタ
ンスを増加し、ひいては出力信号を大きくするために結合アームを介して結合さ
れている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００３】 本発明の課題は、セルフチェックを備えるセンサ、例えば圧力センサを改善し
て、これを技術的に容易に作製できるようにすることである。さらにこのセンサ
は、自動車分野の安全性に関連する適用にとって有利であり、かつ十分に信頼性
が高く、しかも簡単に実施できるセルフチェックを可能にするものでなければな
らない。別の課題はこのセンサの作動方法を提供することである。
て、これを技術的に容易に作製できるようにすることである。さらにこのセンサ
は、自動車分野の安全性に関連する適用にとって有利であり、かつ十分に信頼性
が高く、しかも簡単に実施できるセルフチェックを可能にするものでなければな
らない。別の課題はこのセンサの作動方法を提供することである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００４】 第１の課題は請求項１の特徴部分に記載された構成を備えるセンサにより、第
２の課題は請求項６の特徴部分に記載された構成を備える方法により解決される
。
２の課題は請求項６の特徴部分に記載された構成を備える方法により解決される
。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００５】 本発明の有利な発展形態は従属請求項２から５に記載されている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】 本発明では、作用エレメントは少なくとも２つの部分構造からなり、これらの
部分構造は測定すべき同じ物理量にさらされている。各々の部分構造は評価回路
に測定信号を供給する。この評価回路は比較回路を有しており、ここで少なくと
も２つの測定信号が比較される。この比較回路は出力として比較信号を供給する
。本発明の重要な着眼点は、センサの作用エレメント、すなわち通例、有効信号
を供給する検出器、例えば容量性の検出器が、少なくとも２つの部分構造からな
り、これらの供給する情報を平均することである。この場合に部分的な損傷を、
２つの部分構造の信号を相互に比較することによって識別することができる。こ
れらの２つの部分構造が正常な場合には、発生する比較信号は所定の値を出力し
、例えば差分信号の場合、これは理想的には０であるはずである。ばらつきによ
る違いを考慮したり、場合によってはオフセット補正することにより、所定の「
ゼロ値」から高々わずかに偏差したテスト信号が得られるが、この信号は、測定
すべき物理的な入力量（例えば圧力）にはまったく依存しない。センサが部分的
に損傷した場合、「ゼロ値」からはっきりと偏差した信号が発生し、この信号と
、損傷していないセンサの目標信号とを比較することにより損傷を識別すること
ができる。
部分構造は測定すべき同じ物理量にさらされている。各々の部分構造は評価回路
に測定信号を供給する。この評価回路は比較回路を有しており、ここで少なくと
も２つの測定信号が比較される。この比較回路は出力として比較信号を供給する
。本発明の重要な着眼点は、センサの作用エレメント、すなわち通例、有効信号
を供給する検出器、例えば容量性の検出器が、少なくとも２つの部分構造からな
り、これらの供給する情報を平均することである。この場合に部分的な損傷を、
２つの部分構造の信号を相互に比較することによって識別することができる。こ
れらの２つの部分構造が正常な場合には、発生する比較信号は所定の値を出力し
、例えば差分信号の場合、これは理想的には０であるはずである。ばらつきによ
る違いを考慮したり、場合によってはオフセット補正することにより、所定の「
ゼロ値」から高々わずかに偏差したテスト信号が得られるが、この信号は、測定
すべき物理的な入力量（例えば圧力）にはまったく依存しない。センサが部分的
に損傷した場合、「ゼロ値」からはっきりと偏差した信号が発生し、この信号と
、損傷していないセンサの目標信号とを比較することにより損傷を識別すること
ができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】 本発明の原理によると、作用エレメントの少なくとも２つの部分構造は、機能
的または構造的に同じに構成される。これらの部分構造を同じ構造にすることお
よび／または同じように配線することにより、これらの部分構造から供給される
信号が実践的には同じであることが保証される。
的または構造的に同じに構成される。これらの部分構造を同じ構造にすることお
よび／または同じように配線することにより、これらの部分構造から供給される
信号が実践的には同じであることが保証される。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】 このセンサの殊に有利な発展形態では、２つの部分構造の出力側はシグマ−デ
ルタ変換器の入力側に結合される。
ルタ変換器の入力側に結合される。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年３月３０日（２０００．３．３０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００４】 一方の課題は請求項１の特徴部分に記載された構成を備えるマイクロメカニカ
ルセンサにより、また他方の課題は請求項９の特徴部分に記載された構成を備え
るセンサ作動法により解決される。
ルセンサにより、また他方の課題は請求項９の特徴部分に記載された構成を備え
るセンサ作動法により解決される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００５】 本発明の有利な発展形態は従属請求項に記載されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】 本発明では、作用エレメントは少なくとも２つの部分構造からなり、これらの
部分構造は測定すべき同じ物理量にさらされている。各々の部分構造は、比較回
路を有する評価回路に測定信号を供給する。この比較回路では少なくとも２つの
測定信号が比較され、この比較回路は出力として比較信号を供給する。本発明の
重要な着眼点は、センサの作用エレメント、すなわち通例、有効信号を供給する
検出器、例えば容量性の検出器が、少なくとも２つの部分構造からなり、これら
の供給する情報を平均することである。この場合に部分的な損傷を、２つの部分
構造の信号を相互に比較することによって識別することができる。これらの２つ
の部分構造が正常な場合には、発生する比較信号は所定の値を出力し、例えば差
分信号の場合、これは理想的には０であるはずである。ばらつきによる違いを考
慮したり、場合によってはオフセット補正することにより、所定の「ゼロ値」か
ら高々わずかに偏差したテスト信号が得られるが、この信号は、測定すべき物理
的な入力量（例えば圧力）にはまったく依存しない。センサが部分的に損傷した
場合、「ゼロ値」からはっきりと偏差した信号が発生し、この信号と、損傷して
いないセンサの目標信号とを比較することにより損傷を識別することができる。
部分構造は測定すべき同じ物理量にさらされている。各々の部分構造は、比較回
路を有する評価回路に測定信号を供給する。この比較回路では少なくとも２つの
測定信号が比較され、この比較回路は出力として比較信号を供給する。本発明の
重要な着眼点は、センサの作用エレメント、すなわち通例、有効信号を供給する
検出器、例えば容量性の検出器が、少なくとも２つの部分構造からなり、これら
の供給する情報を平均することである。この場合に部分的な損傷を、２つの部分
構造の信号を相互に比較することによって識別することができる。これらの２つ
の部分構造が正常な場合には、発生する比較信号は所定の値を出力し、例えば差
分信号の場合、これは理想的には０であるはずである。ばらつきによる違いを考
慮したり、場合によってはオフセット補正することにより、所定の「ゼロ値」か
ら高々わずかに偏差したテスト信号が得られるが、この信号は、測定すべき物理
的な入力量（例えば圧力）にはまったく依存しない。センサが部分的に損傷した
場合、「ゼロ値」からはっきりと偏差した信号が発生し、この信号と、損傷して
いないセンサの目標信号とを比較することにより損傷を識別することができる。
Claims (6)
- 【請求項１】 測定すべき物理量に配属された作用エレメントと、該作用エ
レメントに結合された電子的評価回路装置（９，１１）とを備えるセンサにおい
て、 前記作用エレメントは、機能的または構造的に同じに構成された、少なくとも
２つの部分構造（Ｃ１，Ｃ２）からなり、 該部分構造（Ｃ１，Ｃ２）は前記の測定すべき同じ物理量にさらされており、 各々の部分構造（Ｃ１，Ｃ２）は、測定信号を評価回路（９，１１）に供給し
、 評価回路（９，１１）は比較回路を有しており、 該比較回路では部分構造の制御に応じて、少なくとも２つの測定信号が有効信
号形成のために加算され、 また少なくとも２つの測定信号が診断信号形成のために減算されて、これによ
り該診断信号が、部分構造（Ｃ１，Ｃ２）に欠陥がなくかつ同じ物理量が共通に
供給されている場合に０であり、部分構造（Ｃ１，Ｃ２）の１つに欠陥がある場
合に０とは異なる値を有するようにされることを特徴とする センサ。 - 【請求項２】 前記部分構造および前記評価回路装置は、同一の基板内に集
積されて構成されている 請求項１に記載のセンサ。 - 【請求項３】 前記評価回路装置はシグマ−デルタ変換器を有する 請求項１または２に記載のセンサ。
- 【請求項４】 前記部分構造は、表面マイクロメカニカル法のステップを用
いて製作される 請求項１から３までのいずれ１項に記載のセンサ。 - 【請求項５】 前記センサは、容量式の信号変換を備えるマイクロメカニカ
ル圧力センサである 請求項１から４までのいずれか１項に記載のセンサ。 - 【請求項６】 有効信号（該有効信号から測定値が求められる）を形成する
ために前記部分構造を制御し、これにより該部分構造の出力信号を加算し、 診断信号（該診断信号に基づいて、センサが正常か否かが決定される）を形成
するために前記部分構造を制御し、これにより該部分構造の出力信号を減算する 請求項１から５までのいずれか１項に記載のセンサを作動する方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19743288A DE19743288A1 (de) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | Mikromechanischer Sensor |
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| PCT/DE1998/002912 WO1999017089A1 (de) | 1997-09-30 | 1998-09-30 | Sensor und verfahren zum betreiben des sensors |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001518612A true JP2001518612A (ja) | 2001-10-16 |
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ID=7844215
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6357298B1 (ja) |
| EP (1) | EP1019690B1 (ja) |
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| KR (1) | KR20010015677A (ja) |
| CA (1) | CA2305317A1 (ja) |
| DE (2) | DE19743288A1 (ja) |
| WO (1) | WO1999017089A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016156808A (ja) * | 2015-02-23 | 2016-09-01 | イーエム・ミクロエレクトロニク−マリン・エス アー | 電子測定回路 |
| JP2017215318A (ja) * | 2017-05-17 | 2017-12-07 | 株式会社トライフォース・マネジメント | 力覚センサ |
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|---|---|---|---|---|
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| US7180798B2 (en) | 2001-04-12 | 2007-02-20 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor physical quantity sensing device |
| EP1251338B1 (de) * | 2001-04-20 | 2004-11-17 | Camille Bauer AG | Kapazitiver Sensor und Verfahren zur Messung von Kapazitätsänderungen |
| DE10123627B4 (de) * | 2001-05-15 | 2004-11-04 | Robert Bosch Gmbh | Sensorvorrichtung zum Erfassen einer mechanischen Deformation eines Bauelementes im Kraftfahrzeugbereich |
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| DE10130373B4 (de) * | 2001-06-23 | 2006-09-21 | Abb Patent Gmbh | Kapazitiver Differenzdrucksensor |
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| DE102004061450A1 (de) * | 2004-12-17 | 2006-06-29 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Resistiver Sensor |
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-
1997
- 1997-09-30 DE DE19743288A patent/DE19743288A1/de not_active Ceased
-
1998
- 1998-09-30 JP JP2000514111A patent/JP2001518612A/ja active Pending
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- 1998-09-30 DE DE59810292T patent/DE59810292D1/de not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-03-30 US US09/538,791 patent/US6357298B1/en not_active Expired - Lifetime
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