微机械转速传感器和用于运行微机械转速传感器的方法与流程

本发明的出发点是一种具有传感器元件的微机械转速传感器。

背景技术：

1、微机械转速传感器检测绕着一个或多个轴线的旋转或者说转速，其方式是，通常借助于电容性检测设备分析处理一个机械结构或多个机械结构或者说一个或多个传感器元件的偏转或作用到其上的力。详细地，这种检测通过多个电容器或者说电容器组件来进行，这些电容器或者说电容器组件通过电极结构并且必要时通过一个传感器元件或多个传感器元件的一个部分或多个部分形成，其中，相应的重要相关的间距、例如电极间距影响电容器组件的电容或电容值，使得由此能确定机械结构的或者说所述一个传感器元件或所述多个传感器元件的、尤其是相对于固定于衬底的电极结构的(相对)位置。因此，这样的检测设备能够基于电容的改变来探测由机械结构或者说传感器元件的运动引起的电极间距的改变。这(在线性范围内)与外部物理刺激或传感器元件的偏转成比例。

2、典型地，检测设备或者说电极结构要么以平行板的形式实现，要么以梳状电极的形式实现。前者通常用于相对小的偏转，因为这样的检测装置或者说电极结构提供了相对高的灵敏度。后者用于较大的偏转，如所述偏转例如在驱动传感器元件时所产生的那样。所提到的板式电容器典型地用于沿探测方向(即通常垂直于驱动方向)进行检测。这个解决方案的优点是较高的灵敏性，但代价是灵敏性依赖于所考虑的、电容器组件的板之间的间距。这样的依赖性导致响应行为中的强的非线性，该强的非线性通常(按一阶)可以通过差分读出具有反向改变的板间距的两个板式电容器来补偿。即使这样的差分读出消除了非线性的最大部分，间距或者说板间距的共模(common mode)变化(即，传感器元件两侧的板间距或多个传感器元件的板间距以相同符号变化)也会导致灵敏性的改变并且一般而言导致性能下降。传感器元件两侧的间距或者说板间距的这样的共模变化可能由不希望的效应(例如，由于温度或焊接而引起的衬底的形变)引起。

技术实现思路

1、本发明的任务是提供一种具有传感器元件的微机械传感器系统，利用该微机械传感器系统，一方面可以确保电容性检测设备的高灵敏度并且另一方面可以实现高效运行、尤其是高能效运行。

2、根据本发明，提出一种具有传感器元件的微机械转速传感器，

3、其中，所述微机械转速传感器具有用于沿着驱动方向驱动所述传感器元件进行振动的驱动设备和用于检测借助所述传感器元件所产生的测量信号的检测设备，

4、其中，所述检测设备具有第一电极结构和第二电极结构，用于平行于基本上垂直于所述驱动方向设置的检测方向地检测所述传感器元件的机械偏转或力作用，

5、其中，所述传感器元件以预给定的电压来加载，并且，不仅所述第一电极结构、而且所述第二电极结构沿着所述检测方向相对于所述传感器元件布置成，使得在传感器元件与第一电极结构之间以及在传感器元件与第二电极结构之间分别形成有可变电容，其中，所述检测设备设置为用于对所述可变电容进行差分检测，其中，所述可变电容分别具有静态电容份额和设置为用于相反变化的动态电容份额，

6、其中，所述微机械转速传感器配置成，使得借助于所述预给定的电压的变化来求取所述静态电容份额。

7、与现有技术相比，根据本发明的具有传感器元件的微机械转速传感器具有以下优点：除了检测可变电容的动态电容份额(差分电容式检测)之外，同样可以检测可变电容的静态电容份额(整流(gleichgerichtete)电容式检测/共模)。借助于该进一步检测可以更有针对性地尤其以数字形式来补偿不能由于差分分析处理而得到补偿的干扰效应。因此，(例如由温度改变或焊接效应而触发的)干扰效应能够更好地得到补偿，并且，微机械转速传感器的表征性参数(例如，检测设备的灵敏度和相移，和/或，用以加载传感器元件(机械结构)的预给定的电压)能够被更高效地调整。因此，有利地可以有效且高能效地使用微机械转速传感器。

8、本发明的有利构型和扩展方案能够由有利构型和参考附图的描述获知。

9、根据本发明的一个有利构型设置，微机械转速传感器配置成，使得所述微机械转速传感器能够在测试运行模式和操作运行模式中运行，其中，在测试运行模式期间，传感器元件根据预给定的电压的变化被加载，并且其中，在操作运行模式期间，传感器元件静态地以预给定的电压来加载，其中，微机械转速传感器尤其设置为持久地在最大2秒期间在测试运行模式中运行，尤其是持久地最大在1秒期间、尤其是持久地在最大500ms期间、尤其是持久地在最大50ms期间在测试运行模式中运行。因此，有利地，微机械转速传感器可以高能效地在操作运行模式中运行，该操作运行模式覆盖在微机械转速传感器的运行中的相对大的时间间隔。尤其地，在测试运行模式的相对短的时间间隔中可以求取补偿值，该补偿值然后在操作运行模式中可以用于(尤其是数字地)补偿干扰效应。

10、根据本发明的一个有利构型设置，平行于驱动设备地设置另外的检测设备，用于检测传感器元件的机械偏转，其中，另外的检测设备具有第三电极结构和第四电极结构，其中，传感器元件沿着检测方向相对于第三电极结构且相对于第四电极结构布置成，使得在传感器元件与第三电极结构之间以及在传感器元件与第四电极结构之间分别形成有另外的可变电容，其中，另外的检测设备设置为用于对另外的可变电容进行差分检测，其中，另外的可变电容同样分别具有另外的静态电容份额和设置为用于相反变化的另外的动态电容份额，其中，微机械转速传感器配置成，使得借助于预给定的电压的变化来求取另外的静态电容份额。因此，有利地，也可以在驱动方向上进行对可变电容的静态电容份额的检测并且补偿干扰效应，所述干扰效应不能由于差分分析处理而得到补偿。因此，可以以有利的方式进行在驱动方向上的精确且高效、尤其是高能效的检测。

11、根据本发明的一个有利构型设置，传感器元件布置在第一电极结构与第二电极结构之间和/或在第三电极结构与第四电极结构之间。这个构型的优点在于，尤其可以特别有效且紧凑地设计/生产/制造具有传感器元件的微机械转速传感器并且因此可以确保有利的高能效运行。

12、根据本发明的一个有利构型设置，可变电容的检测设备具有至少一个运算放大器，用于测量可变电容的静态电容份额，和/或，另外的可变电容的另外的检测设备具有至少一个另外的运算放大器，用于测量另外的可变电容的另外的静态电容份额。因此，有利地，可以改变(另外的)已现有的检测结构的用途以求取可变电容的动态电容份额，并且可以尤其借助于施加参考电压(到运算放大器的两个输入端之一上)来滤除可变电容的静态份额。

13、根据本发明的一个有利构型设置，预给定的电压的变化对应于方波电压。因此，可以以有利的方式确保可变电容的静态份额的高效、尤其是高能效的检测。

14、根据本发明的一个有利构型设置，微机械转速传感器在有或没有驱动设备的运行的情况下，在制造的范畴内和/或在操作运行中，暂时为了校准目的(zu eichzwecken)和/或连续地以预给定的周期，尤其是每100秒、尤其是每10秒，在测试运行模式中运行。这个构型的优点在于，尤其可以高能效地运行微机械转速传感器。

15、本发明的另一个主题是一种用于运行具有传感器元件的微机械传感器系统的方法。

16、根据本发明，还提出一种用于运行具有传感器元件的微机械转速传感器的方法，

17、其中，所述微机械转速传感器具有用于沿着驱动方向驱动所述传感器元件进行振动的驱动设备和用于检测借助所述传感器元件所产生的测量信号的检测设备，

18、其中，所述检测设备具有第一电极结构和第二电极结构，用于平行于基本上垂直于所述驱动方向设置的检测方向地检测所述传感器元件的机械偏转或力作用，

19、其中，所述传感器元件以预给定的电压来加载，并且，不仅所述第一电极结构、而且所述第二电极结构沿着所述检测方向相对于所述传感器元件布置成，使得在传感器元件与第一电极结构之间以及在传感器元件与第二电极结构之间分别形成有可变电容，其中，所述检测设备设置为用于对所述可变电容进行差分检测，其中，所述可变电容分别具有静态电容份额和设置为用于相反变化的动态电容份额，

20、其中，所述微机械转速传感器配置成，使得所述微机械转速传感器能够在测试运行模式和操作运行模式中运行，其中，在所述测试运行模式期间，所述传感器元件借助于所述预给定的电压的变化来加载，并且其中，在所述操作运行模式期间，所述传感器元件静态地以所述预给定的电压来加载，其中，借助于所述预给定的电压的变化来求取所述静态电容份额，其中，在不同时间点或连续地使用所述测试运行模式用于求取所述静态电容份额，以便探测所述静态电容份额的改变，其中，尤其是，所述静态电容份额的这样的探测到的改变，用于匹配所述转速传感器的另外的参数，尤其是其灵敏度和/或所述检测设备的相移和/或所述预给定的电压，所述传感器元件以所述预给定的电压来加载。

21、与现有技术相比，根据本发明的用于运行具有转速传感器的微机械传感器系统的方法通过以下方式被证明为有利的：对可变电容的静态电容份额的检测可以用于抵消干扰效应。尤其地，由此可以校正不能由可变电容的动态电容份额补偿且例如由温度改变或焊接效应触发的干扰效应。根据本发明，由此也可以更有效地调整检测设备的特征参数(例如其灵敏度和相移和/或预给定的电压，传感器元件以该预给定的电压来加载)并且因此可以确保高能效运行。

22、已结合根据本发明的微机械传感器系统或者说传感器元件的实施方式描述的优点和构型可以应用于用于运行具有传感器元件的微机械传感器系统的方法。

23、优选地，可设想，具有传感器元件的微机械转速传感器具有电路装置和/或与电路装置连接，其中，微机械转速传感器和/或电路装置配置为用于执行根据本发明的实施方式的方法。