JP2002533669A - センサ - Google Patents
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- G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
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- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
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- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、物理信号を発生するための信号源と、この信号源から一定の距離にあり、信号ディテクタの位置における物理信号を受信するための信号ディテクタとを有するセンサに関する。受信された物理信号は、信号源に関して記憶された情報をもとに分析する分析装置に補助されて分析される。信号源と信号ディテクタの相対距離はこの分析に基づき決定される。相対距離には、信号源と信号ディテクタの間の幾何学的距離、及び信号源と信号ディテクタの間の領域の伝達特性が含まれる。これらのパラメータの１つが一定に保持されると、他のパラメータに関する結果が引き出され、所定の物理的変量について表示がなされる。このセンサは、加速度、圧力、力、気体密度、輸送速度、又は流速センサとして使用される。
Description
【０００１】 絶対、及び相対圧力測定用容量センサが、いずれもドイツ特許第ＤＥ ３３
１０ ６４３号より公知である。このセンサは、互いに一定の距離を有して測定
キャパシタンスを形成する、第一及び第二の電極を有する。第１の電極は、第１
の基板本体に配置され、第２の電極は、第２の基板本体に配置される。これらの
基板本体は互いに横方向に接続され、第２の基板本体は第２の電極の領域におい
て、圧力により変形可能なダイヤフラムとして形成される。容量によるセンサの
出力信号は外部分析装置に伝達され、分析される。
１０ ６４３号より公知である。このセンサは、互いに一定の距離を有して測定
キャパシタンスを形成する、第一及び第二の電極を有する。第１の電極は、第１
の基板本体に配置され、第２の電極は、第２の基板本体に配置される。これらの
基板本体は互いに横方向に接続され、第２の基板本体は第２の電極の領域におい
て、圧力により変形可能なダイヤフラムとして形成される。容量によるセンサの
出力信号は外部分析装置に伝達され、分析される。
【０００２】 本発明の目的は、可能な限り広範な分野に適用される構造のセンサを製作する
ことにある。 この目的は、請求項１に掲げた特性を備えたセンサにより達成される。センサ
の有利なさらなる点は従属項に示される。
ことにある。 この目的は、請求項１に掲げた特性を備えたセンサにより達成される。センサ
の有利なさらなる点は従属項に示される。
【０００３】 本発明のセンサは、物理信号を発生させる信号源と、この信号源から独立して
所定の距離だけ離れた信号ディテクタとを有する。物理信号が信号源と信号ディ
テクタの間のスペースを横断して変化した後、ディテクタが配置される場所にお
いて、信号ディテクタは物理信号を受信する。信号ディテクタにより受信された
信号は分析装置に伝達され、分析装置は、信号源に関する、従って発生された物
理信号に関する記憶された情報の補助により受信した情報を分析する。分析は、
信号源に関する、従って発生された信号に関する情報についての予測された信号
と、現実に受信した信号との比較を含むことが望ましい。このようにして、一方
では信号源と信号ディテクタの間の空間的距離から、また他方では信号源と信号
ディテクタの間の領域における伝達特性から、決定される変数である相対距離に
関する情報が得られる。従ってこの相対距離は、信号ディテクタからの信号源の
単なる幾何学的距離とは区別されなくてはならない。
所定の距離だけ離れた信号ディテクタとを有する。物理信号が信号源と信号ディ
テクタの間のスペースを横断して変化した後、ディテクタが配置される場所にお
いて、信号ディテクタは物理信号を受信する。信号ディテクタにより受信された
信号は分析装置に伝達され、分析装置は、信号源に関する、従って発生された物
理信号に関する記憶された情報の補助により受信した情報を分析する。分析は、
信号源に関する、従って発生された信号に関する情報についての予測された信号
と、現実に受信した信号との比較を含むことが望ましい。このようにして、一方
では信号源と信号ディテクタの間の空間的距離から、また他方では信号源と信号
ディテクタの間の領域における伝達特性から、決定される変数である相対距離に
関する情報が得られる。従ってこの相対距離は、信号ディテクタからの信号源の
単なる幾何学的距離とは区別されなくてはならない。
【０００４】 このような相互作用により、幾何学的距離が既知である場合には、伝達特性の
変化に関する情報を得ることが可能である。このことから、密度変化、温度変化
、輸送速度の変化、あるいは通過流量の変化、又はそれらの絶対値のような、特
定の物理特性を決定することが可能である。他方、送信条件が一定の場合、信号
源と信号ディテクタとの間の幾何学的距離の変化に関する情報を得ることができ
る。距離変化が、外力、圧力、又な加速度等により引き起こされる場合、これら
の変数の変化、又はその絶対値はこれから決定可能である。信号源および信号デ
ィテクタは、理想的には電気的にあるいは電子的にさえも接続されず、互いに独
立した別個の装置であるため、ドイツ特許第ＤＥ ３３ １０ ６４３において
容量センサに関して知られているような、測定キャパシタンスを形成する２つの
電極に起因する相互の影響が回避可能である。
変化に関する情報を得ることが可能である。このことから、密度変化、温度変化
、輸送速度の変化、あるいは通過流量の変化、又はそれらの絶対値のような、特
定の物理特性を決定することが可能である。他方、送信条件が一定の場合、信号
源と信号ディテクタとの間の幾何学的距離の変化に関する情報を得ることができ
る。距離変化が、外力、圧力、又な加速度等により引き起こされる場合、これら
の変数の変化、又はその絶対値はこれから決定可能である。信号源および信号デ
ィテクタは、理想的には電気的にあるいは電子的にさえも接続されず、互いに独
立した別個の装置であるため、ドイツ特許第ＤＥ ３３ １０ ６４３において
容量センサに関して知られているような、測定キャパシタンスを形成する２つの
電極に起因する相互の影響が回避可能である。
【０００５】 多数の物理信号の中でも、放射線信号、電磁信号、光信号、圧力変化、或いは
熱信号は、特に適切な物理信号であることが判明した。信号源と信号ディテクタ
とを共通の基板上、又は近接した２枚の別個の基板上を形成することにより、セ
ンサの寸法を大幅に縮小可能である。このことは、このようなセンサを適用する
ことが可能な分野を、例えば少量で高品質、或いは高価な物質を取り扱う製薬業
あるいは化学工業に大きく拡張する。
熱信号は、特に適切な物理信号であることが判明した。信号源と信号ディテクタ
とを共通の基板上、又は近接した２枚の別個の基板上を形成することにより、セ
ンサの寸法を大幅に縮小可能である。このことは、このようなセンサを適用する
ことが可能な分野を、例えば少量で高品質、或いは高価な物質を取り扱う製薬業
あるいは化学工業に大きく拡張する。
【０００６】 信号源と信号ディテクタの間の距離を、特に１枚以上の基板による、それ自体
で閉鎖された機械的に硬質の構造に一定に保持し、これにより、信号源と信号デ
ィテクタの間の空間的領域の伝達特性の変化を検知し、分析することを可能にす
ることが特に有利であることが判明した。このようなセンサは、気体密度、或い
は輸送速度、或いは通過流量、或いは温度分布の変化、又はその絶対値の測定に
特に適合する。
で閉鎖された機械的に硬質の構造に一定に保持し、これにより、信号源と信号デ
ィテクタの間の空間的領域の伝達特性の変化を検知し、分析することを可能にす
ることが特に有利であることが判明した。このようなセンサは、気体密度、或い
は輸送速度、或いは通過流量、或いは温度分布の変化、又はその絶対値の測定に
特に適合する。
【０００７】 また、信号源と信号ディテクタの間の領域における伝達特性を一定に保持する
ことにより、信号源と信号ディテクタの間の距離、又はその変化を測定可能にす
ることも特に有利である。特に信号源と信号ディテクタの間の空間が均一かつ不
変な構成を有するときは、伝達特性は一定に保持される。温度を一定にすること
、組成を一定にすること、及び他の変数と同様に空間を等方性を有するようにす
ることに、特に注意を払う必要がある。隙間に希ガスを完全に充填するか、さら
には真空にするとより良い。この場合、受信した信号を発生した信号に関する情
報と比較することによって、距離およびその変化に関する情報が入手可能となる
。
ことにより、信号源と信号ディテクタの間の距離、又はその変化を測定可能にす
ることも特に有利である。特に信号源と信号ディテクタの間の空間が均一かつ不
変な構成を有するときは、伝達特性は一定に保持される。温度を一定にすること
、組成を一定にすること、及び他の変数と同様に空間を等方性を有するようにす
ることに、特に注意を払う必要がある。隙間に希ガスを完全に充填するか、さら
には真空にするとより良い。この場合、受信した信号を発生した信号に関する情
報と比較することによって、距離およびその変化に関する情報が入手可能となる
。
【０００８】 発明の好適な実施の形態は、信号源に接続され、これを制御する制御装置を有
する。さらに、制御装置は分析装置に接続され、これにより受信された物理信号
を分析するべく信号源に関する情報を更新する。さらに、この制御装置により、
分析装置、及びこれに追加して、発生された物理信号の受信および信号源による
分析が予測される期間のみ信号ディテクタを、操作することが可能である。この
設計は、長期間にわたってセンサの電気の消費を著しく減少させることを可能と
し、これによっても適用の分野が開発され、特に遠隔測定ステーション、特に電
気回路網に対する接続を必要としない。
する。さらに、制御装置は分析装置に接続され、これにより受信された物理信号
を分析するべく信号源に関する情報を更新する。さらに、この制御装置により、
分析装置、及びこれに追加して、発生された物理信号の受信および信号源による
分析が予測される期間のみ信号ディテクタを、操作することが可能である。この
設計は、長期間にわたってセンサの電気の消費を著しく減少させることを可能と
し、これによっても適用の分野が開発され、特に遠隔測定ステーション、特に電
気回路網に対する接続を必要としない。
【０００９】 分析装置、及び／又は制御装置は、１枚又は複数の基板本体に、特に信号源或
いは信号ディテクタの領域に配置され、それにより、センサのより高い集積密度
を達成することが望ましい。これは、センサのサイズに対して非常に有利に影響
する。さらに、このような構成は非常に短い信号のパスを実現可能であって、最
小の信号損失のみが生じることとなり、受信した物理信号に関して特に有利な信
号対ノイズ比に至るため、電子的に非常に有利である。さらに、このような構成
は、外部の電子ノイズによる影響、例えば常に存在する電磁スモッグの中でも鈍
感であり、自動車分野の適用に特に重要である。このため、このような電子分析
装置、及び／又は制御装置を基板本体に一体化して備えたセンサは、自動車分野
での適用に特に適合する。制御装置は、分析装置とは別に基板本体に実装される
ことが望ましい。制御装置は信号源の領域に、特にその下方に配置され、分析装
置は基板本体の信号ディテクタの領域に、特にその下方に配置されていることが
望ましい。信号源および信号ディテクタが別個の基板本体に別々に構築される場
合は、制御装置と分析装置についても、このように別々にされる。これは、最も
徹底的に電子装置の相互干渉を排除する。
いは信号ディテクタの領域に配置され、それにより、センサのより高い集積密度
を達成することが望ましい。これは、センサのサイズに対して非常に有利に影響
する。さらに、このような構成は非常に短い信号のパスを実現可能であって、最
小の信号損失のみが生じることとなり、受信した物理信号に関して特に有利な信
号対ノイズ比に至るため、電子的に非常に有利である。さらに、このような構成
は、外部の電子ノイズによる影響、例えば常に存在する電磁スモッグの中でも鈍
感であり、自動車分野の適用に特に重要である。このため、このような電子分析
装置、及び／又は制御装置を基板本体に一体化して備えたセンサは、自動車分野
での適用に特に適合する。制御装置は、分析装置とは別に基板本体に実装される
ことが望ましい。制御装置は信号源の領域に、特にその下方に配置され、分析装
置は基板本体の信号ディテクタの領域に、特にその下方に配置されていることが
望ましい。信号源および信号ディテクタが別個の基板本体に別々に構築される場
合は、制御装置と分析装置についても、このように別々にされる。これは、最も
徹底的に電子装置の相互干渉を排除する。
【００１０】 分析装置が基板本体内に１つ以上の信号増幅素子を有することが、特に有利で
あることが判明した。非常に良好な信号対ノイズ比、従って良好な分解能を得る
のは、正確で短い信号のパスであるため、基板中、特に信号ディテクタの下方に
配置することにより、最適に寄与することが可能である。この配置は、本発明の
センサの特に適合するデザインである。
あることが判明した。非常に良好な信号対ノイズ比、従って良好な分解能を得る
のは、正確で短い信号のパスであるため、基板中、特に信号ディテクタの下方に
配置することにより、最適に寄与することが可能である。この配置は、本発明の
センサの特に適合するデザインである。
【００１１】 信号源と信号ディテクタの間の距離が可変であるようなセンサの、他の実施の
形態によると、基板本体は、信号受信器、及び／又は基板本体の信号ディテクタ
の領域において、ダイヤフラムとして設計されている。これは、外力、外圧、あ
るいはセンサの加速度によってその位置を変化させることにより、信号源と信号
ディテクタの距離を変化させる。これは、外部から加えられる力、圧力、又は加
えられる加速度、又はその変化の測定を可能とさせる。従って、生産工学上単純
、かつスペースを節約する方式で、力、圧力、又は加速度等の測定のための、万
能に適合するセンサを製造することが可能である。
形態によると、基板本体は、信号受信器、及び／又は基板本体の信号ディテクタ
の領域において、ダイヤフラムとして設計されている。これは、外力、外圧、あ
るいはセンサの加速度によってその位置を変化させることにより、信号源と信号
ディテクタの距離を変化させる。これは、外部から加えられる力、圧力、又は加
えられる加速度、又はその変化の測定を可能とさせる。従って、生産工学上単純
、かつスペースを節約する方式で、力、圧力、又は加速度等の測定のための、万
能に適合するセンサを製造することが可能である。
【００１２】 ダイヤフラムを備えたセンサは、望ましくない振動を減衰させるための追加の
減衰手段を有することにより、望ましくない振動による測定値との干渉、特にセ
ンサ内の共鳴、特にダイヤフラムの領域内における共鳴がこのような減衰手段に
より排除可能となるため、実質的により良質の測定結果を生じる。例えば、この
ような減衰手段はダイヤフラム領域の強化により形成されることがあり、これに
よりダイヤフラムの共鳴周波数を特定の、問題を生じにくい領域に動かすことが
可能となるか、又は振動しやすさを顕著に減少することが可能となる。さらに、
センサのダイヤフラムの領域において閉鎖された体積に、より高い密度の気体を
充填することによって、より良好な減衰を達成することが有利であることが判明
した。１つ以上の磁石をダイヤフラムの周囲の適切な箇所に配置し、ダイヤフラ
ム自体に適切な磁気を備えることにより、ダイヤフラム領域を磁力により減衰さ
せることも適切であることがわかった。これらの磁石の磁気による干渉は、ダイ
ヤフラムをより迅速に平衡位置に到達させて、減衰機構として作用する。
減衰手段を有することにより、望ましくない振動による測定値との干渉、特にセ
ンサ内の共鳴、特にダイヤフラムの領域内における共鳴がこのような減衰手段に
より排除可能となるため、実質的により良質の測定結果を生じる。例えば、この
ような減衰手段はダイヤフラム領域の強化により形成されることがあり、これに
よりダイヤフラムの共鳴周波数を特定の、問題を生じにくい領域に動かすことが
可能となるか、又は振動しやすさを顕著に減少することが可能となる。さらに、
センサのダイヤフラムの領域において閉鎖された体積に、より高い密度の気体を
充填することによって、より良好な減衰を達成することが有利であることが判明
した。１つ以上の磁石をダイヤフラムの周囲の適切な箇所に配置し、ダイヤフラ
ム自体に適切な磁気を備えることにより、ダイヤフラム領域を磁力により減衰さ
せることも適切であることがわかった。これらの磁石の磁気による干渉は、ダイ
ヤフラムをより迅速に平衡位置に到達させて、減衰機構として作用する。
【００１３】 本発明の望ましい実施の形態によると、信号源、及び／又は信号ディテクタは
、空間分解測定に適合するように構成される。これは、物理信号により空間的に
微分した様式で作動され、受信した物理信号の空間分解処理に適合する電子装置
により空間的に微分した様式で分析される空間的に離間した部分を有する信号デ
ィテクタによりなされる。この空間分解処理用の装置は、基板本体内、特に分析
装置の領域内の信号ディテクタの下方に配置されることが望ましい。これは、基
板本体内の分析装置の配置と同様に有利な構成となる。この空間分解測定及び分
析は、ダイヤフラムの偏位の種類、その機械的状態、特にその疲労状態、従って
ダイヤフラム及びセンサ配置の回復の可能性に関する特定の情報を入手すること
を可能とする。このため、このセンサは、早期におけるダイヤフラムの材料疲労
による欠陥を検出し、本発明のセンサの交換が必要であるという情報をユーザに
提供するものであることがわかる。
、空間分解測定に適合するように構成される。これは、物理信号により空間的に
微分した様式で作動され、受信した物理信号の空間分解処理に適合する電子装置
により空間的に微分した様式で分析される空間的に離間した部分を有する信号デ
ィテクタによりなされる。この空間分解処理用の装置は、基板本体内、特に分析
装置の領域内の信号ディテクタの下方に配置されることが望ましい。これは、基
板本体内の分析装置の配置と同様に有利な構成となる。この空間分解測定及び分
析は、ダイヤフラムの偏位の種類、その機械的状態、特にその疲労状態、従って
ダイヤフラム及びセンサ配置の回復の可能性に関する特定の情報を入手すること
を可能とする。このため、このセンサは、早期におけるダイヤフラムの材料疲労
による欠陥を検出し、本発明のセンサの交換が必要であるという情報をユーザに
提供するものであることがわかる。
【００１４】 物理信号が電磁波からなるセンサは、特に有利であることが判明した。ここで
、信号源、及び／又は信号ディテクタは、基板本体上、又は基板本体内の導体ト
ラックからなるアンテナにより実現される。従って、基板本体の全体を通じた製
造プロセスにより、電気導体トラックがその上又は内部に組み込まれ、電子装置
を備えた完全なセンサを、追加に別個の他の製造プロセスを必要とせずに、かつ
別個に製造された信号源又は信号ディテクタを追加で取付けることなく、製造可
能である。従って、このセンサは、製造工学上、製造が非常に簡単であり、しか
も、非常に経済的、かつ問題が生じることが非常に少ないことがわかった。この
ことは、大量生産、例えば自動車分野、又は品質に対する必要性が特別にあるよ
うな苛酷な条件下における使用に対して、このセンサを大いに適合させる。
、信号源、及び／又は信号ディテクタは、基板本体上、又は基板本体内の導体ト
ラックからなるアンテナにより実現される。従って、基板本体の全体を通じた製
造プロセスにより、電気導体トラックがその上又は内部に組み込まれ、電子装置
を備えた完全なセンサを、追加に別個の他の製造プロセスを必要とせずに、かつ
別個に製造された信号源又は信号ディテクタを追加で取付けることなく、製造可
能である。従って、このセンサは、製造工学上、製造が非常に簡単であり、しか
も、非常に経済的、かつ問題が生じることが非常に少ないことがわかった。この
ことは、大量生産、例えば自動車分野、又は品質に対する必要性が特別にあるよ
うな苛酷な条件下における使用に対して、このセンサを大いに適合させる。
【００１５】 センサの制御装置は、信号源の電流特性が分析、従って生成された物理信号及
び予測される物理信号と、実際に受信された物理信号との比較において考慮され
るように、信号源および分析装置に接続されることが望ましい。信号源の特性変
化が、例えば放射線源の減衰により放出された物理信号の変化となったときは、
分析手段、或いは分析装置への電子配置の接続線によりこの情報が入手可能とな
り、分析において考慮される。従って、分析において信号源の変化を自動的に考
慮することが可能である。このことは、センサの測定結果の信頼性を大いに上げ
る。
び予測される物理信号と、実際に受信された物理信号との比較において考慮され
るように、信号源および分析装置に接続されることが望ましい。信号源の特性変
化が、例えば放射線源の減衰により放出された物理信号の変化となったときは、
分析手段、或いは分析装置への電子配置の接続線によりこの情報が入手可能とな
り、分析において考慮される。従って、分析において信号源の変化を自動的に考
慮することが可能である。このことは、センサの測定結果の信頼性を大いに上げ
る。
【００１６】 本発明は、図面において以下のように説明される。 図１は、通過流量測定用の本発明のセンサを示す。センサは、一定の距離をお
いて配置された第二の基板本体２と連結した第一の基板本体１を有する。信号源
３は第１の基板本体１上に配置され、第２の基板本体２に対向する。信号ディテ
クタ４は第２の基板本体２上に配置され、第１の基板本体１に対向する。これは
、４つの別個の空間的に離間したディテクタ素子４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに分割
される。電子分析装置５は、第２の基板本体２の内部に配置される。これは、個
々の信号ディテクタ要素４ａ−４ｄに接続され、受信した物理信号を増幅し分析
する。この分析も、個々の信号ディテクタ要素の位置についての微分を含み、そ
のため物理信号の空間的展開に関する分析を含む。これは、信号源３と信号ディ
テクタ４との間の空間領域６を通過する通過流量の表示となる。
いて配置された第二の基板本体２と連結した第一の基板本体１を有する。信号源
３は第１の基板本体１上に配置され、第２の基板本体２に対向する。信号ディテ
クタ４は第２の基板本体２上に配置され、第１の基板本体１に対向する。これは
、４つの別個の空間的に離間したディテクタ素子４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに分割
される。電子分析装置５は、第２の基板本体２の内部に配置される。これは、個
々の信号ディテクタ要素４ａ−４ｄに接続され、受信した物理信号を増幅し分析
する。この分析も、個々の信号ディテクタ要素の位置についての微分を含み、そ
のため物理信号の空間的展開に関する分析を含む。これは、信号源３と信号ディ
テクタ４との間の空間領域６を通過する通過流量の表示となる。
【００１７】 本実施の形態に示された信号源３は熱源である。信号源３と信号ディテクタ４
の間の中間領域６を低速で流れる流体が横断するときは、熱エネルギーは流れの
方向についてわずかだけ偏向し、より高い流速においては、より大きく偏向する
。偏向の程度により、多様な信号ディテクタ素子が励起されることによって、空
間６を横断する物質の流量に関する結論が引き出され、これにより通過流量の測
定もまた入手可能である。
の間の中間領域６を低速で流れる流体が横断するときは、熱エネルギーは流れの
方向についてわずかだけ偏向し、より高い流速においては、より大きく偏向する
。偏向の程度により、多様な信号ディテクタ素子が励起されることによって、空
間６を横断する物質の流量に関する結論が引き出され、これにより通過流量の測
定もまた入手可能である。
【００１８】 本実施の形態において、信号源３は、信号ディテクタ４や分析装置５と完全に
独立に作動する。従って、信号ディテクタ４、或いは分析装置５に信号ディテク
タ３を電気的に接続することが必要でない。このことは、流れている測定物質に
対して電気的に遮断することに関する全ての問題を本質的に除外するため、故障
のリスク、或いはセンサ全体の欠陥を排除する。
独立に作動する。従って、信号ディテクタ４、或いは分析装置５に信号ディテク
タ３を電気的に接続することが必要でない。このことは、流れている測定物質に
対して電気的に遮断することに関する全ての問題を本質的に除外するため、故障
のリスク、或いはセンサ全体の欠陥を排除する。
【００１９】 ２枚の基板本体１，２を備え、その上に信号源３及び信号ディテクタ４が、一
体化された分析装置５と共に配置されたセンサの構造は、非常に小さなセンサを
形成する。従って、これは、例えば通過する流れの速度及び通過流量を測定する
こととなっている物質がわずかに少量に存在する場合のような状況において使用
可能である。このような通過流量センサは、製薬業において、又は化学工業の試
験研究所、試作品研究所、分析研究所において特に適切である。
体化された分析装置５と共に配置されたセンサの構造は、非常に小さなセンサを
形成する。従って、これは、例えば通過する流れの速度及び通過流量を測定する
こととなっている物質がわずかに少量に存在する場合のような状況において使用
可能である。このような通過流量センサは、製薬業において、又は化学工業の試
験研究所、試作品研究所、分析研究所において特に適切である。
【００２０】 図２は、信号ディテクタ４が第２の基板本体２上に配置され、電子分析装置５
が第２の基板本体２内に一体化されて物理的測定信号を発生するような、第１の
基板本体１及び第２の基板本体２を有する本発明の圧力センサを示す。分析装置
５を基板本体２の信号ディテクタ４の箇所に直接一体化することは、センサ全体
で使用可能な空間を非常に有効に利用する。さらに、信号ディテクタ４から分析
装置５への信号パスが相当に短縮された結果、測定信号の分析が特に信頼性を有
する。第一の基板本体１は、圧力により変形可能なダイヤフラムを有して形成さ
れる。通常は、圧力は矢印の方向に膜上に加えられる。信号源３は、ダイヤフラ
ムの領域の、信号ディテクタ４と連結される側に配置される。ダイヤフラムが外
圧の作用により変形すると、信号源３の位置が変化し、信号ディテクタ４からの
距離の変化を生じる。信号源３により生成された物理信号が距離に依存するとき
は、信号ディテクタ４により受信される前に、横断したパスに関する情報を探索
するため、信号源３と信号ディテクタ４の間の距離が、受信された物理信号の分
析装置５による分析から入手可能である。このため、ダイヤフラム上に加えられ
た圧力についての情報が入手可能となる。この情報は、相対圧力及び絶対圧力の
双方に関連することがある。
が第２の基板本体２内に一体化されて物理的測定信号を発生するような、第１の
基板本体１及び第２の基板本体２を有する本発明の圧力センサを示す。分析装置
５を基板本体２の信号ディテクタ４の箇所に直接一体化することは、センサ全体
で使用可能な空間を非常に有効に利用する。さらに、信号ディテクタ４から分析
装置５への信号パスが相当に短縮された結果、測定信号の分析が特に信頼性を有
する。第一の基板本体１は、圧力により変形可能なダイヤフラムを有して形成さ
れる。通常は、圧力は矢印の方向に膜上に加えられる。信号源３は、ダイヤフラ
ムの領域の、信号ディテクタ４と連結される側に配置される。ダイヤフラムが外
圧の作用により変形すると、信号源３の位置が変化し、信号ディテクタ４からの
距離の変化を生じる。信号源３により生成された物理信号が距離に依存するとき
は、信号ディテクタ４により受信される前に、横断したパスに関する情報を探索
するため、信号源３と信号ディテクタ４の間の距離が、受信された物理信号の分
析装置５による分析から入手可能である。このため、ダイヤフラム上に加えられ
た圧力についての情報が入手可能となる。この情報は、相対圧力及び絶対圧力の
双方に関連することがある。
【００２１】 選択された実施の形態において、基板本体１，２はシリコンからなる。これに
より分析装置５の一体化が特に単純化する。さらに、シリコンは変形可能なダイ
ヤフラム５として、特に有利な機械的特性を有する。信号源３及び信号ディテク
タ４は、一方ではこれらが伝達アンテナ、他方では適切な電子信号のための受信
アンテナとしての役割を果たすため、特定の形状及び大きさを有した導体トラッ
クによりそれぞれの基板本体１，２に形成される。電磁信号は対応する導体トラ
ックの形状及び大きさにより特定可能であるため、干渉する外部の電磁場が最小
限まで減少可能である。上記したように、受信した電磁信号は、信号源３と信号
ディテクタ４との間の空間６の伝達特性に依存し、空間が特に中心的に重要であ
る。空間が電磁伝達特性の伝達パスの他は特性を有しないような均一な物質によ
り充填されているとき、このセンサの設計は、例えばダイヤフラム上の圧力を正
確に測定するために特に適合する。伝達パスに対する伝達特性の依存性に加えて
、温度に対する依存性があるときは、この温度依存性は、公知の温度計の使用に
より分析装置５による分析に考慮される。しかし、このような場合は、信号源３
と信号ディテクタ４の距離が一定に保持され、又は他の方法により決定可能であ
るときは、このセンサは逆に温度センサとしても使用可能である。
より分析装置５の一体化が特に単純化する。さらに、シリコンは変形可能なダイ
ヤフラム５として、特に有利な機械的特性を有する。信号源３及び信号ディテク
タ４は、一方ではこれらが伝達アンテナ、他方では適切な電子信号のための受信
アンテナとしての役割を果たすため、特定の形状及び大きさを有した導体トラッ
クによりそれぞれの基板本体１，２に形成される。電磁信号は対応する導体トラ
ックの形状及び大きさにより特定可能であるため、干渉する外部の電磁場が最小
限まで減少可能である。上記したように、受信した電磁信号は、信号源３と信号
ディテクタ４との間の空間６の伝達特性に依存し、空間が特に中心的に重要であ
る。空間が電磁伝達特性の伝達パスの他は特性を有しないような均一な物質によ
り充填されているとき、このセンサの設計は、例えばダイヤフラム上の圧力を正
確に測定するために特に適合する。伝達パスに対する伝達特性の依存性に加えて
、温度に対する依存性があるときは、この温度依存性は、公知の温度計の使用に
より分析装置５による分析に考慮される。しかし、このような場合は、信号源３
と信号ディテクタ４の距離が一定に保持され、又は他の方法により決定可能であ
るときは、このセンサは逆に温度センサとしても使用可能である。
【００２２】 図３は、本発明のセンサの模式的回路図を示す。空間領域６により信号ディテ
クタ４から離間された伝達源３が示される。信号源３は、信号ディテクタ４の方
向に物理信号を伝達する。この信号は、矢印Ｂにより表示され、空間領域６を横
断する。
クタ４から離間された伝達源３が示される。信号源３は、信号ディテクタ４の方
向に物理信号を伝達する。この信号は、矢印Ｂにより表示され、空間領域６を横
断する。
【００２３】 センサは、制御線により伝達源３に接続された制御装置７を有し、この伝達源
が特定時間における所定の物理信号を発生させる。さらに、望ましくは基板本体
１の信号源３に近接して一体化された制御装置７は、信号ディテクタ４に接続さ
れる。分析装置４は信号ディテクタ４に接続された第２の基板本体２に一体化さ
れる。信号ディテクタ４及び分析装置５への接続線を使用することにより、特に
信号源の制御データ及び物理信号の予測された受信時間の知識から、これらのス
イッチが入れられる。このことは、信号ディテクタ４が信号源３から出力された
物理信号を検出し、分析装置５が適切な分析を行うことを保証する。信頼性を有
した動作に必要なこの時間の枠外では、信号ディテクタ４、又は分析装置５のス
イッチは切られているため、長時間にわたると、センサのエネルギー消費を相当
に減少する。信号源３についても同様である。
が特定時間における所定の物理信号を発生させる。さらに、望ましくは基板本体
１の信号源３に近接して一体化された制御装置７は、信号ディテクタ４に接続さ
れる。分析装置４は信号ディテクタ４に接続された第２の基板本体２に一体化さ
れる。信号ディテクタ４及び分析装置５への接続線を使用することにより、特に
信号源の制御データ及び物理信号の予測された受信時間の知識から、これらのス
イッチが入れられる。このことは、信号ディテクタ４が信号源３から出力された
物理信号を検出し、分析装置５が適切な分析を行うことを保証する。信頼性を有
した動作に必要なこの時間の枠外では、信号ディテクタ４、又は分析装置５のス
イッチは切られているため、長時間にわたると、センサのエネルギー消費を相当
に減少する。信号源３についても同様である。
【００２４】 分析装置５は、制御装置７及び信号ディテクタ４に接続され、この接続により
受信された物理信号は分析装置５に伝達される。しかし、これは外部ディスプレ
イ９にも接続されている。分析装置５により測定された、圧力、力、過速度、通
過する流れの速度、通過流量、温度等の測定変化量は、ユーザに対して、このデ
ィスプレイ装置上に表示される。
受信された物理信号は分析装置５に伝達される。しかし、これは外部ディスプレ
イ９にも接続されている。分析装置５により測定された、圧力、力、過速度、通
過する流れの速度、通過流量、温度等の測定変化量は、ユーザに対して、このデ
ィスプレイ装置上に表示される。
【００２５】 番号のリスト １ 第一の基板本体 ２ 第二の基板本体 ３ 信号源 ４ 信号ディテクタ ５ 分析装置 ６ 空間領域 ７ 制御装置 ８ ディスプレイ
【図１】 通過流量を測定するための放射線信号源及び空間分解信号ディテ
クタを備えたセンサの第一の発明の実施の形態を示す断面図。
クタを備えたセンサの第一の発明の実施の形態を示す断面図。
【図２】 圧力センサとしてセンサの第二の発明の実施の形態を示す断面図
。
。
【図３】 センサの本発明の実施の形態の模式的な回路構造を示すブロック
図。
図。
【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１２月２３日（２０００．１２．２３）
【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
【補正の内容】
【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】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】 絶対、及び相対圧力測定用容量センサが、いずれもドイツ特許第ＤＥ ３３
１０ ６４３号より公知である。このセンサは、互いに一定の距離を有して測定
キャパシタンスを形成する、第一及び第二の電極を有する。第１の電極は、第１
の基板本体に配置され、第２の電極は、第２の基板本体に配置される。これらの
基板本体は互いに横方向に接続され、第２の基板本体は第２の電極の領域におい
て、圧力により変形可能なダイヤフラムとして形成される。容量によるセンサの
出力信号は外部分析装置に伝達され、分析される。 米国特許第５，６３５，９１９号は、同様に距離、屈折率、電圧、伸び率、力 、トルク、温度、圧力、磁場や電場の強度、及び他の物理変数の測定に使用され る多目的センサを開示する。このセンサは、第１の基板に固定され、変調された 信号を発生するための信号源と、第２の基板上に対して信号源から一定、又は可 変の距離に固定されたレシーバと、信号を分析するための増幅器を備えた分析回 路と、信号源を制御するための制御装置とを有する。コンピュータ装置は、まず 信号遅延を算出するが、このためには伝達された信号に関する情報のいくらかは 事前に知られ、その結果コンピュータ装置に記録、更新される必要があることが 明らかである。これにより、所望の物理量が決定される。 例えば、温度を測定するためには、信号源とレシーバの間の伝達媒体として定 圧の気体が使用される。この気体の密度は、温度変化に伴い同様に変化する。 異なる構造のセンサが、国際特許出願公開第ＷＯ９７／４２４７８号に記載さ れる。信号源としての光源および信号ディテクタとしてのレシーバが、分析及び 制御装置と共に、半導体チップ上に一体化されている。光源又はレシーバは、そ れらに加えられる圧力に依存して位置を変化させるダイヤフラムとして設計する ことが可能である。 米国特許第５，６８９，１０７号も、光源、及びアームの距離、及び分析装置 中の所望の物理量、例えば力、加速度、圧力の空間分解測定のために空間的に分 配されたレシーバを備えた、力、加速度及び圧力を測定するための異なるセンサ を開示する。 米国特許第４，４７８，０７６号は、薄膜の導体トラックが加熱素子、又はい くつかの空間的に分配された温度センサとして使用される、通過する流れについ てのセンサを開示する。分析及び制御回路が、これらの薄膜素子の下方に配置さ れる。
１０ ６４３号より公知である。このセンサは、互いに一定の距離を有して測定
キャパシタンスを形成する、第一及び第二の電極を有する。第１の電極は、第１
の基板本体に配置され、第２の電極は、第２の基板本体に配置される。これらの
基板本体は互いに横方向に接続され、第２の基板本体は第２の電極の領域におい
て、圧力により変形可能なダイヤフラムとして形成される。容量によるセンサの
出力信号は外部分析装置に伝達され、分析される。 米国特許第５，６３５，９１９号は、同様に距離、屈折率、電圧、伸び率、力 、トルク、温度、圧力、磁場や電場の強度、及び他の物理変数の測定に使用され る多目的センサを開示する。このセンサは、第１の基板に固定され、変調された 信号を発生するための信号源と、第２の基板上に対して信号源から一定、又は可 変の距離に固定されたレシーバと、信号を分析するための増幅器を備えた分析回 路と、信号源を制御するための制御装置とを有する。コンピュータ装置は、まず 信号遅延を算出するが、このためには伝達された信号に関する情報のいくらかは 事前に知られ、その結果コンピュータ装置に記録、更新される必要があることが 明らかである。これにより、所望の物理量が決定される。 例えば、温度を測定するためには、信号源とレシーバの間の伝達媒体として定 圧の気体が使用される。この気体の密度は、温度変化に伴い同様に変化する。 異なる構造のセンサが、国際特許出願公開第ＷＯ９７／４２４７８号に記載さ れる。信号源としての光源および信号ディテクタとしてのレシーバが、分析及び 制御装置と共に、半導体チップ上に一体化されている。光源又はレシーバは、そ れらに加えられる圧力に依存して位置を変化させるダイヤフラムとして設計する ことが可能である。 米国特許第５，６８９，１０７号も、光源、及びアームの距離、及び分析装置 中の所望の物理量、例えば力、加速度、圧力の空間分解測定のために空間的に分 配されたレシーバを備えた、力、加速度及び圧力を測定するための異なるセンサ を開示する。 米国特許第４，４７８，０７６号は、薄膜の導体トラックが加熱素子、又はい くつかの空間的に分配された温度センサとして使用される、通過する流れについ てのセンサを開示する。分析及び制御回路が、これらの薄膜素子の下方に配置さ れる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】 本発明の目的は、可能な限り広範な用途を有する構造であり、可能な限り最も 正確な測定結果を提供し、それにもかかわらず非常に低電力消費であることによ り差別化される センサを製作することにある。 この目的は、請求項１に掲げた特性を備えたセンサにより達成される。センサ
の有利なさらなる開発は従属項に示される。 本発明の手段、即ち、分析装置、及びこれに補助的な信号ディテクタを信号源 から発生された物理信号の受信及び分析が予測される間の時間のみ操作するため の制御装置の使用により、長期間にわたるセンサの電力消費が大幅に減少し、こ れによっても、遠隔測定ステーションに、特に電気回路網に接続することなく拡 張された適用分野を切り開く。
の有利なさらなる開発は従属項に示される。 本発明の手段、即ち、分析装置、及びこれに補助的な信号ディテクタを信号源 から発生された物理信号の受信及び分析が予測される間の時間のみ操作するため の制御装置の使用により、長期間にわたるセンサの電力消費が大幅に減少し、こ れによっても、遠隔測定ステーションに、特に電気回路網に接続することなく拡 張された適用分野を切り開く。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ギール、ユルゲン ドイツ連邦共和国 Ｄ−79199 キルヒツ ァーテン リンデナウシュトラーセ ８ Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB20 CC02 EE25 FF11 GG11 4M112 AA01 AA02 AA06 BA07 CA01 CA03 EA03
Claims (17)
- 【請求項１】 物理信号を出力するための信号源（３）と、前記信号源（３
）から一定の距離にある信号ディテクタ（４）と、前記物理信号を前記信号ディ
テクタの位置において受信することと、前記信号ディテクタ（４）に接続され、
受信した物理信号を分析し、これから前記信号源（３）及び前記信号ディテクタ
（４）の間の相対距離を決定する分析装置（５）とを、前記信号源（３）及び前
記信号ディテクタ（４）が１枚の共通の基板本体（１）上又は２枚の互いに離間
した基板本体（１，２）に配置されるように有するセンサ。 - 【請求項２】 前記分析は、伝達源（３）に関する記憶された情報について
行われる請求項１に記載されたセンサ。 - 【請求項３】 前記信号源（３）及び前記信号ディテクタ（４）の間の空間
的距離が一定であり、これらの空間領域（６）の伝達特性が変化することを特徴
とする請求項１又は２に記載されたセンサ。 - 【請求項４】 前記信号源（３）及び前記信号ディテクタ（４）の間の空間
的距離が可変であり、これらの間の空間領域（６）の伝達特性が変化しないこと
を特徴とする請求項１又は２に記載されたセンサ。 - 【請求項５】 気体密度又は輸送速度又は通過流量が相対距離から決定可能
であるように前記分析装置（５）が設計されていることを特徴とする請求項３に
記載されたセンサ。 - 【請求項６】 前記分析装置が、センサ上の加速度、圧力又は力が相対距離
から決定可能であるように設計されていることを特徴とする請求項４に記載され
たセンサ。 - 【請求項７】 前記制御装置（７）は前記信号源（３）に接続されてこれを
制御し、前記分析装置（５）は前記制御装置（７）に対して、この制御装置（７
）から受信した制御データを使用して前記信号源（３）に関する情報が更新され
るように接続されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載
されたセンサ。 - 【請求項８】 前記制御装置（７）は、信号源（３）、信号ディテクタ（４
）、及び分析装置（５）のうちの１つ以上に対して、これらの入切が制御装置（
７）により特定の方法によって切替えられるように接続されたことを特徴とする
請求項１乃至７のいずれか１項に記載されたセンサ。 - 【請求項９】 前記分析装置（５）及び前記制御装置（７）のいずれか一方
は、少なくとも前記基板本体（１，２）のいずれか一方と一体化されていること
を特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載されたセンサ。 - 【請求項１０】 前記分析装置（９）は、前記信号ディテクタ（４）の下方
において前記基板本体（２）に配置されていることを特徴とする請求項９に記載
されたセンサ。 - 【請求項１１】 前記分析装置（５）は前記第二の基板本体（２）に一体化
され、前記制御装置（７）は第一の基板本体（１）に一体化されていることを特
徴とする請求項９又は１０に記載されたセンサ。 - 【請求項１２】 前記分析装置（５）及び制御装置（７）の少なくとも１つ
は信号増幅素子を有することを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記
載されたセンサ。 - 【請求項１３】 前記信号源（３）が配置された第一の基板本体（１）、及
び第二の基板本体（２）の信号ディテクタ（４）が配置された所定の領域の少な
くとも１つは、ダイヤフラムとして設計されたことを特徴とする請求項４に記載
されたセンサ。 - 【請求項１４】 前記ダイヤフラムを減衰させる減衰手段が存在することを
特徴とする請求項１３に記載されたセンサ。 - 【請求項１５】 前記信号源（３）及び前記信号ディテクタ（４）の少なく
とも１つが空間分解能を測定しやすい空間構造を有することを特徴とする請求項
１乃至１４のいずれか１項に記載されたセンサ。 - 【請求項１６】 空間分解測定を処理するための電子装置を有することを特
徴とする請求項１５に記載されたセンサ。 - 【請求項１７】 前記信号源（３）及び前記信号ディテクタ（４）の少なく
とも１つを形成するために、それぞれの基板に配置された導体トラックの一部が
使用されたことを特徴とする請求項１乃至１６に記載されたセンサ。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19858827A DE19858827A1 (de) | 1998-12-19 | 1998-12-19 | Sensor |
| DE19858827.5 | 1998-12-19 | ||
| PCT/EP1999/009882 WO2000037910A1 (de) | 1998-12-19 | 1999-12-14 | Sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002533669A true JP2002533669A (ja) | 2002-10-08 |
Family
ID=7891811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000589920A Withdrawn JP2002533669A (ja) | 1998-12-19 | 1999-12-14 | センサ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1144971A1 (ja) |
| JP (1) | JP2002533669A (ja) |
| DE (1) | DE19858827A1 (ja) |
| WO (1) | WO2000037910A1 (ja) |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3006584A1 (de) * | 1980-02-22 | 1981-09-03 | Degussa Ag, 6000 Frankfurt | Thermischer durchflussmesser |
| US4478076A (en) * | 1982-09-30 | 1984-10-23 | Honeywell Inc. | Flow sensor |
| DE3616777A1 (de) * | 1986-05-17 | 1987-11-19 | Dietmar Kohn | Einrichtung zur messung des massenimpulsstroms eines stroemenden mediums |
| DE3638137A1 (de) * | 1986-11-08 | 1988-05-11 | Bosch Gmbh Robert | Vorrichtung zur bestimmung der masse eines stroemenden mediums |
| DE3990616T1 (de) * | 1988-06-10 | 1990-06-07 | Iss Electronics As | Vorrichtung zur erfassung von verlust oder unerwuenschtem verbrauch in einem rohrsystem |
| AU8722491A (en) * | 1990-08-06 | 1992-03-02 | J. Alan Schier | Sensing apparatus |
| DE4427554C2 (de) * | 1994-08-04 | 1996-07-18 | Karlsruhe Forschzent | Wärmeimpuls-Durchflußmesser |
| US5689107A (en) * | 1995-09-01 | 1997-11-18 | Hughes Aircraft Company | Displacement-based opto-electronic accelerometer and pressure sensor |
| SE511634C2 (sv) * | 1996-05-07 | 1999-11-01 | Samba Sensors Ab | Anordning för elektrooptisk mätning av tryck |
-
1998
- 1998-12-19 DE DE19858827A patent/DE19858827A1/de not_active Ceased
-
1999
- 1999-12-14 JP JP2000589920A patent/JP2002533669A/ja not_active Withdrawn
- 1999-12-14 WO PCT/EP1999/009882 patent/WO2000037910A1/de not_active Application Discontinuation
- 1999-12-14 EP EP99963519A patent/EP1144971A1/de not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1144971A1 (de) | 2001-10-17 |
| DE19858827A1 (de) | 2000-06-29 |
| WO2000037910A1 (de) | 2000-06-29 |
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Legal Events
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