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Europäisches Patentamt

Verfahren zur kapazitiven Erfassung einer mechanischen Auslenkung | Method for the capacitive detection of a mechanical deflection

Patentnummer:DE102009045696B4
IPC Hauptklasse:G01D000524
Anmelder:Robert Bosch GmbH (0)
Postfach 30 02 20, 70442 Stuttgart, DE
Erfinder:
Anmeldung:14.10.09
Offenlegung:14.10.09
Patenterteilung:02.06.21

Abstract / Hauptanspruch
Verfahren zur kapazitiven Erfassung einer mechanischen Auslenkung mit einem Sensor, wobei der Sensor ein Substrat (1) und eine zum Substrat bewegliche Masse (2) umfasst,
wobei das Substrat (1) eine erste (3) und eine zweite (4) Substratelektrode aufweist,
wobei die Masse (2) in mindestens zwei, elektrisch getrennte Bereiche (17,18) aufgeteilt ist,
wobei ein erster, elektrisch getrennter Bereich (17) der Masse (2) eine erste Massenelektrode (5) und ein zweiter, elektrisch getrennter Bereich (18) der Masse (2) eine zweite Massenelektrode (6) aufweist,
wobei zumindest ein Teil (7) der ersten Massenelektrode (5) in einem ersten Bereich (8) zwischen der ersten (3) und zweiten (4) Substratelektrode angeordnet ist und einen ersten Differenzialkondensator (3,7,4) bildet, und
wobei zumindest ein Teil (9) der zweiten Massenelektrode (6) in einem zweiten Bereich (10) zwischen der ersten (3) und zweiten (4) Substratelektrode angeordnet ist und einen zweiten Differenzialkondensator (3,9,4) bildet, wobei das Verfahren die Verfahrensschritte umfasst:
a) Anlegen einer Referenzspannung (Uref) an die erste (3) und zweite (4) Substratelektrode, insbesondere gemäß eines Taktschemas,
b) Bestimmen der Ausgangsspannung (Uout,1) am ersten Differenzialkondensator (3,7,4) und der Ausgangsspannung (Uout,2) am zweiten Differenzialkondensator (3,9,4), insbesondere getrennt voneinander, und
c) Ermitteln der Auslenkung (x) der Masse (2) bezüglich des Substrats (1) und/oder der Parasitärkapazität (Cp) aus der Ausgangsspannung (Uout,1) am ersten Differenzialkondensator (3,7,4) und der Ausgangsspannung (Uout,2) am zweiten Differenzialkondensator (3,9,4), wobei die Auslenkung (x) der Masse (2) bezüglich des Substrats (1) auf der Basis der Formel (1): x=Uout,1Uout,2dC(n1−n2)Uref(Uout,2n1−Uout,1n2)ermittelt wird, wobei
U out,1 die Ausgangsspannung am ersten Differenzialkondensator (3,7,4),
U out,2 die Ausgangsspannung am zweiten Differenzialkondensator (3,9,4),
d c der Abstand zwischen der ersten (3) und zweiten (4) Substratelektrode und den dazwischen angeordneten Teilen (19,20) der ersten (5) beziehungsweise zweiten (6) Massenelektrode, insbesondere in der Ausgangslage/Mittellage/Nulllage, beziehungsweise der Abstand zwischen den Kammzinken (15,16) der ersten (3) und zweiten (4) Substratelektrode und den dazwischen angeordneten Kammzinken (19,20) der ersten (5) beziehungsweise zweiten (6) Massenelektrode, insbesondere in der Ausgangslage/Mittellage/Nulllage,
n 1 die Zahl der zwischen der ersten (3) und zweiten (4) Substratelektrode angeordneten Teile (7) der ersten Massenelektrode (5), beziehungsweise die Zahl der Kammzinken (19) der ersten Massenelektrode (5),
n 2 die Zahl der zwischen der ersten (3) und zweiten (4) Substratelektrode angeordneten Teile (9) der zweiten Massenelektrode (6), beziehungsweise die Zahl der Kammzinken (20) der zweiten Massenelektrode (6), und
U ref die Referenzspannung an der ersten (3) und zweiten (4) Substratelektrode, ist.

Method for the capacitive detection of a mechanical deflection with a sensor, the sensor comprising a substrate (1) and a mass (2) movable relative to the substrate,
wherein the substrate (1) has a first (3) and a second (4) substrate electrode,
wherein the mass (2) is divided into at least two, electrically separate areas (17, 18),
wherein a first, electrically isolated area (17) of the mass (2) has a first ground electrode (5) and a second, electrically isolated area (18) of the mass (2) has a second ground electrode (6),
wherein at least a part (7) of the first ground electrode (5) is arranged in a first region (8) between the first (3) and second (4) substrate electrodes and forms a first differential capacitor (3,7,4), and
wherein at least a part (9) of the second ground electrode (6) is arranged in a second region (10) between the first (3) and second (4) substrate electrodes and forms a second differential capacitor (3,9,4), the method the process steps include:
a) applying a reference voltage (Uref) to the first (3) and second (4) substrate electrodes, in particular according to a clock scheme,
b) determining the output voltage (Uout, 1) on the first differential capacitor (3,7,4) and the output voltage (Uout, 2) on the second differential capacitor (3,9,4), in particular separately from one another, and
c) Determining the deflection (x) of the mass (2) with respect to the substrate (1) and / or the parasitic capacitance (Cp) from the output voltage (Uout, 1) at the first differential capacitor (3, 7, 4) and the output voltage (Uout , 2) on the second differential capacitor (3,9,4), the deflection (x) of the mass (2) with respect to the substrate (1) on the basis of the formula (1): x=UOut,1UOut,2dC.(n1−n2)Uref(UOut,2n1−UOut,1n2)is determined, where
U out, 1 the output voltage at the first differential capacitor (3,7,4),
U out, 2 the output voltage at the second differential capacitor (3,9,4),
d c the distance between the first (3) and second (4) substrate electrode and the interposed parts (19, 20) of the first (5) and second (6) ground electrode, in particular in the starting position / middle position / zero position, or the distance between the Comb teeth (15, 16) of the first (3) and second (4) substrate electrode and the comb teeth (19, 20) of the first (5) and second (6) ground electrode arranged between them, especially in the starting position / middle position / zero position,
n 1 the number of parts (7) of the first ground electrode (5) arranged between the first (3) and second (4) substrate electrode, or the number of comb teeth (19) of the first ground electrode (5),
n 2 the number of parts (9) of the second ground electrode (6) arranged between the first (3) and second (4) substrate electrodes, or the number of comb teeth (20) of the second ground electrode (6), and
U ref is the reference voltage at the first (3) and second (4) substrate electrodes.

DE102009045696B4


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