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DE69206770T2 - Dreiachsiger Beschleunigungsmesser - Google Patents

Dreiachsiger Beschleunigungsmesser

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DE69206770T2
DE69206770T2 DE69206770T DE69206770T DE69206770T2 DE 69206770 T2 DE69206770 T2 DE 69206770T2 DE 69206770 T DE69206770 T DE 69206770T DE 69206770 T DE69206770 T DE 69206770T DE 69206770 T2 DE69206770 T2 DE 69206770T2
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William C Dunn
Ronald J Gutteridge
Wu Koucheng
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    • G—PHYSICS
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    • G01P2015/0808—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate
    • G01P2015/082—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for two degrees of freedom of movement of a single mass

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  • Micromachines (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Beschleunigungsmesser und im besonderen Beschleunigungsmesser, die imstande sind, eine Beschleunigung in der Richtung von drei gegenseitig orthogonalen Achsen zu messen.
    • Hintergrund der Erfindung
  • In dem Bemühen, die Größe und die Kosten von Beschleunigungsmessern zu reduzieren, sind viele verschiedene Arten beschleunigungserfassender Anordnungen erdacht worden. Diese Anordnungen umfassen kapazitive und piezoresistive Einrichtungen, von denen eingige mit Hilfe von Halbleiter-Herstellungsverfahren und/oder der Massen-Mikromaterial bearbeitung aufgebaut werden. Die kapazitiven Einrichtungen bestehen im allgemeinen aus einer aus Metall oder dergleichen gebildeten leltfähigen Platte, die auf einem Substrat angebracht ist und sich relativ dazu bewegt. Die Platte ist parallel zu einer ebenen Oberfläche des Substrats angeordnet und bildet damit eine oder mehr Kapazitäten. Wenn sich die Platte infolge einer darauf einwirkenden Beschleunigung bewegt, verändern sich die Kapazitäten. Diese veränderung wird von angeschlossenen elektronischen Schaltungen erfaßt und in ein Signal, das die Beschleunigung darstellt, umgewandelt.
  • Beschleunigungsmesser sind nützlich bei Trägheitsleitsystemen, um die Bewegung oder die Beschleunigung eines Fahrzeugs in allen Richtungen zu erfassen. Aus dieser Information kann jederzeit der Standort des Fahrzeugs bestimmt werden. Beschleunigungsmesser, wie z.B. oben beschrieben, werden als einachsige Einrichtungen hergestellt. Um eine Angabe der Bewegung in allen Richtungen zu erhalten, müssen drei Beschleunigungsmesser des Standes der Technik so angeordnet werden, daß die empfindlichen Achsen gegenseitig rechtwinklig sind. Dies bedeutet, daß das endgültige Gehäuse Immer noch relativ groß ist, da ein oder mehr Beschleunigungsmesser in einem Winkel zu den anderen angeordnet werden müssen und das ganze Gehäuse niemals als ein einziges ebenes Gehäuse gebildet werden kann. Da jeder Beschleunigungsmesser auf einem getrennten Halbleitersubstart aufgebaut ist, müssen außerdem zwischen den Chips Signale übertragen werden. Es ist eine bekannte Tatsache, daß große Mengen von Strom benötigt werden, um Signale zwischen Chips zu verstärken, zu puffern und zu übertragen.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird ein Dreiachsen-Beschleunigungsmesser wie in Anspruch 1 beansprucht zur verfügung gestellt.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 ist eine vergrößerte Draufsicht eines Dreiachsen-Beschleunigungsmessers, Teile davon entfernt; der die vorliegende Erfindung verkörpert.
  • Fig. 2 ist eine stark vergrößerte Ansicht eines Teils der in Fig. 1 gezeigten Struktur.
  • Fig. 3 Fig. 3 ist eine vereinfachte schematische Darstellung der in Fig. 1 gezeigten Struktur.
  • Fig. 4 ist eine stark vergrößerte Schnittansicht eines Teils der in Fig. 1 gezeigten Struktur, wie von der Linie 4-4 in Fig. 1 gesehen.
  • Fig. 5 ist eine etwas vereinfachte Schnittansicht eines anderen die Erfindung verkörpernden Drelachsen-Beschleunigungsmessers, die die physikalischen Beziehungen der verschiedenen Komponenten im allgemeinen zeigt.
  • Fig. 6 ist eine Draufsicht einer zweiten Schicht des in Fig. 5 dargestellten Beschleunigungsmessers.
  • Fig. 7 ist eine vergrößerte Draufsicht des in Fig. 5 gezeigten Beschleunigungsmessers.
  • Fig. 8 ist eine stark vergrößerte Draufsicht eines Teils des in Fig. 5 gezeigten Beschleunigungsmessers.
  • Fig. 9 ist eine schematische Darstellung der Fühlerschaltung des in Fig. 5 gezeigten Beschleunigungsmessers.
  • Fig. 10 ist ein Schaltbild einer Treiberschaltung für den Beschleunigungsmesser von Fig. 5, einschließlich der Fühlerschaltung von Fig. 9.
    • Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
  • Fig. 1 zeigt einen Dreiachsen-Beschleunigungsmesser 10, der eine Ausführung der vorliegenden Erfindung ist. Der Beschleunigungsmesser 10 ist in der Draufsicht dargestellt, wobei Teile davon entfernt sind, um eine bessere Darstellung des inneren Aufbaus zu geben.
  • Der Beschleunigungsmesser 10 umfaßt ein Substrat 12 mit einer ersten leitenden Schicht 14 (in Fig. gezeigt), die auf dem Substrat 12 fest angeordnet ist. Eine zweite leitende Schicht 16 ist parallel zu der ersten leitenden Schicht 14 und von dieser beabstandet angeordnet. Die Schicht 16 ist zur relativen Bewegung mit Hilfe von vier Trägerarmen 20 befestigt, die jeweils an einem Ende fest an dem Substrat 12 und am anderen Ende diagonal an vier Ecken des Substrats 12 befestigt sind. Die Arme 20 sind so konstruiert, daß sie eine begrenzte Bewegung der Schicht 16 in zwei orthogonalen Achsen (X und Y) parallel zur Oberfläche des Substrats 12 und in einer dritten Achse (Z) senkrecht zum Substrat 12 erlauben. Bei der vorliegenden Ausführung werden die Arme 20 einfach als eine gerade Freiträgeranordnung veranschaulicht. Man sollte aber einsehen, daß, wenn gewünscht, komplexere Anordnungen verwendet werden können, um die Empfindlichkeit zu verbessern.
  • Eine Mehrzahl senkrechter Pfosten 22, die bei dieser spezifischen Ausführung aus Polysilizium gebildet sind, werden an einem Ende durch das Substrat 12 gehalten, und sie stützen fest eine dritte leitende Schicht 24 (s. Fig. 4) in bezug auf das Substrat 12. Bei dieser spezifischen Ausführung sind zwölf Pfosten 22 jenseits der äußeren Kanten der Schicht 16 angeordnet, und neun Pfosten verlaufen durch die Öffnungen 23 in der Schicht 16, wobei die Öffnungen 23 genügend Raum zum Bewegen der Schicht 16 relativ zu den Pfosten 22 ohne physikalische Berührung dazwischen bereitstellen. Während hierin eine relativ große Zahl von Pfosten 22 benutzt wird, um jede wesentliche Bewegung der Schicht 24 zu verhindern, sollte man einsehen, daß viele andere Strukturen, einschließlich anderer Anzahlen von Pfosten, anderer Positionen und abweichender Anordnungen, zur festen Positionierung der Schicht 24 benutzt werden können.
  • Bei dieser spezifischen Ausführung ist jede der leitenden Schichten 14, 16 und 24 mit einem Teil aufgebaut, das eine im allgemeinen rechteckige Gestalt aufweist, und die rechteckigen Teile sind in übereinanderliegender beabstandeter Beziehung zu dem beweglichen rechteckigen Teil der Schicht 16 angeordnet, die zwischen den festen rechteckigen Teilen der Schichten 14 und 24 liegt. Zwischen den rechteckigen Teilen der Schichten 14 und 16 wird somit eine veränderliche Kapazität 26 (s. Fig. 4) gebildet, die sich entsprechend der relativen Bewegung zwischen den rechteckigen Teilen der Schichten 14 und 16 infolge der Beschleunigung längs der Z-Achse verändert. Ähnlich wird zwischen den rechteckigen Teilen der Schichten 16 und 24 eine veränderliche Kapazität 27 gebildet, die sich entgegengesetzt zu der Kapazität 28 verändert.
  • Jeder der rechteckigen Teile der Schichten 14 und 16 besitzt daran befestigte Strukturen, die eine Bewegung entlang der X und Y Achse erfassen. Bei dieser spezifischen Ausführung sind die Strukturen eine Mehrzahl von Vorsprüngen, oder ineinandergreifenden Fingern, die als integraler Teil jedes der rechteckigen Teile innerhalb der Schichten 14 und 16 gebildet sind. Die Schicht 16 umfaßt eine Mehrzahl paralleler beabstandeter Finger 30, die sich in der Ebene der Schicht 16 von jeder der vier Seiten des rechteckigen Teils der Schicht 16 nach außen erstrecken. Vier Gruppen von elektrisch verbundenen Fingern 31, 32, 33 und 34, die je eine ähnliche Mehrzahl von parallelen beabstandeten Fingern umfassen, sind fest mit der Schicht 14 verbunden und erstrecken sich in der Ebene der Schicht 16 nach Innen in Richtung auf die vier Seiten des rechteckigen Teils der Schicht 16. Die Finger 31, 32, 33 und 34 sind ferner so angeordnet, daß jeder Finger parallel zu einem Finger 30 liegt und an einer Längsseite davon daran angrenzt, um eine Kapazität dazwischen zu bilden. Außerdem sind die Finger 31 und 32 parallel zur X-Achse und an entgegengesetzten Seiten der Finger 30, die parallel zur X-Achse liegen, angeordnet, und die Finger 33 und 34 sind parallel zur Y-Achse und an entgegengesetzten Seiten der Finger 30, die parallel zur Y-Achse liegen, angeordnet.
  • Die Finger 30, 31 und 32 sind in Gruppen entlang der oberen und unteren Seite (in Fig. 1) des rechteckigen Teils der Schicht 16 angeordnet, um die X-Achse zu definieren, die in Fig. 1 von oben nach unten verläuft, und die Finger 30, 33 und 34 definieren die Y-Achse, die in Fig. 1 von links nach rechts verläuft. Zur Bequemlichkeit des Aufbaus ist die ganze Schicht 16 eingerichtet, um über die Befestigungsarme 20 mit einem gemeinsamen Potential verbunden zu werden. Die festen Finger 31 und 32, die parallel zur X-Achse liegen, sind an beiden Seiten des rechteckigen Teils der Schicht 16 in zwei Gruppen geteilt: alle Finger 31 sind miteinander verbunden, und alle Finger 32 sind miteinander verbunden, um zusammen mit den angrenzenden beweglichen Fingern 30 die veränderlichen Kapazitäten 36 und 37 (s. Fig. 3) zu bilden. Die Finger 30 und 31 bilden den Kondensator 36, und die Finger 30 und 32 bilden den Kondensator 37. Die parallel zur Y-Achse liegenden festen Finger 33 sind an beiden Seiten des rechteckigen Teils der Schicht 16 miteinander verbunden, um in Verbindung mit den angrenzenden beweglichen Fingern 30 eine veränderliche Kapazität 38 (s. Fig. 3) zu bilden. Die festen Finger 34 sind ähnlich verbunden, um zusammen mit den Fingern 30 eine veränderliche Kapazität 39 zu bilden.
  • Fig. 2 zeigt eine stark vergrößerte Draufsicht von drei parallelen aneinandergrenzenden Fingern 30, 33 und 34. Weil die Finger in dichtem Abstand parallel angeordnet sind, wird zwischen ihnen eine Kapazität gebildet. Während die Kapazität zwischen Paaren von Fingern sehr klein ist, wird durch Parallelschalten vieler Finger eine angemessen große Kapazität in der Größe von einem halben Pikofarad erhalten. Wenn sich die Finger 30 seitlich in Richtung auf die Finger 33 und weg von den Fingern 34 bewegen, verändert sich die Kapazität dazwischen. Die Kapazitätsänderungen wurden von einer elektronischen Schaltung erfaßt, die die Kapazitätsänderungen in Signale umwandelt, die die Beschleunigung darstellen, die die Bewegung der Finger 30 verursachte.
  • Fig. 3 zeigt die drei gegenseitig orthogonalen Achsen und die damit verbundenen Kapazitäten. Wenn der Beschleunigungsmmesser 10 in Richtung der Z-Achse beschleunigt wird, verändern sich die Kapazitäten 26 und 27 entgegengesetzt, eine nimmt zu, während die andere abnimmt, so daß die Kapazitätsänderung vergößert wird und leichter zu erfassen ist. Wenn der Beschleunigungsmmesser 10 in Richtung der Y-Achse beschleunigt wird, verändern sich die Kapazitäten 37 und 37 entgegengesetzt, und wenn der Beschleunigungsmmesser 10 in Richtung der X-Achse beschleunigt wird, verändern sich die Kapazitäten 38 und 39 entgegengesetzt.
  • Fig. 4 zeigt eine Tellschnittanslcht wie von der Linie 4-4 in Fig. 1 gesehen. Eine Isolationsschicht 40 ist auf der ebenen Oberfläche des Substrats 12 gebildet, und die Schicht 14 ist darauf aufgetragen. Die Schicht 14 wird durch die Schicht 40 vom Substrat 12 isoliert, so daß das Substrat dotiert oder anderweitig benutzt werden kann, um, wie in der Halbleitertechnik bekannt, einen leitenden Pfad zwischen verschiedenen Komponenten bereitzustellen. Um die Schicht 14 herum ist eine Isolierschicht 42 gebildet, so daß für die Schicht 16 keine Möglichkeit besteht, sich weit genug zu bewegen, um einen elektrischen Kurzschluß zwischen den Schichten 14 und 16 hervorzurufen. Die Pfosten 22 sind aus isolierendem und leitendem Material in den Öffnungen 23 gebildet, um durch das Substrat 12 gehalten zu werden. Eine erste Opferschicht (nicht gezeigt) aus Material, wie z.B. Phosphosilikatglas, ist konform auf dem Substrat 12 und der Schicht 42 aufgebracht. Die Dicke der ersten Opferschicht wird nach Maßgabe des zwischen den Schichten 14 und 16 gewünschten Abstandes variiert. Die Schicht 16 wird vorzugsweise auf die erste Opferschicht aufgetragen, und eine Isolierschicht 44 wird darauf aufgetragen, um elektrische Berührungen zwischen den Schichten 16 und 24 zu verhindern. Eine zweite Opferschicht, nicht gezeigt, ist konform auf der Schicht 14 und anderen offenen Bereichen aufgebracht. Die Dicke der zweiten Opferschicht wird wiederum variiert, um den gewünschten Abstand zwischen den Sichten 16 und 24 zu erhalten. Die Schicht 24 wird vorzugsweise auf die zweite Opferschicht aufgetragen, so daß sie von den Pfosten 22 getragen wird und über der Schicht 16 liegt. Die Opferschichten werden dann mit einem geeigeneten Ätzungsprozeß entfernt, und die in Fig. 4 gezeigte Struktur wird erhalten. Man wird natürlich verstehen, daß bei dieser Beschreibung viele Zwischenschritte weggelassen wurden, weil sie den Fachleuten in der Technik der Mikrobearbeitung bekannt sind und keinen Teil dieser Ausführung darstellen.
  • Fig. 5, 6, 7 und 8 zeigen andere Ausführung eines Dreiachsen-Beschleunigungsmessers 50, der die vorliegende Erfindung verkörpert.
  • Aus Fig. 5 ist zu sehen, daß der Beschleunigungsmesser 50 auf einem Substrat 52 gebildet ist und eine isolierende Schicht 53 und eine erste leitende Schicht 54 umfaßt, die auf der Isolierschicht 53 gehalten wird. Eine zweite leitende Schicht 56 wird auf einem zentral gelegenen Pfosten 58 gehalten, der wiederum auf der Isolierschicht 53 gehalten wird. Die Schicht 56 liegt in einem Abstand über der Schicht 54 und kann sich relativ dazu bewegen, wie vorliegend erklärt wird. Eine dritte leitende Schicht 60 ist in einem Abstand über der Schicht 56 mit Hilfe von Pfeilern 62 (s. Fig. 5 und 6) fest angeordnet, die sich vom äußeren Rand der Schicht 60 zu der Isolierschicht 53 erstrecken. Die verschiedenen Schichten werden durch bekannte Mikrobearbeitungsverfahren sowie durch die Verwendung von Ofperschichten, wie oben erläutert, gebildet und werden nicht weiter beschrieben.
  • Fig. 6 ist eine Draufsicht der Schicht 56, wobei die Pfeiler 62 geschnitten dargestellt sind, um ihre relative Position zu zeigen. Die Schicht 56 ist eine allgemein quadratische ebene Masse, die mit Hilfe von vier Armen 64 an dem zentralen Befestigungspfosten 58 befestigt ist. Die Arme 64 sind mit einem sinusförmigen Mittelteil gebildet, der eine federartige Wirkung bereitstellt, um eine Bewegung der Schicht 56 in jeder Richtung relativ zu dem Befestigungspfosten 58 erlauben.
  • Fig. 7 ist eine Draufsicht der über der Schicht 56 angeordneten Schicht 60, um die relativen Positionen der verschiedenen Teile zu veranschaulichen. Die Schicht 60 umfaßt vier allgemein rechteckige leitende Platten 66A - 66D, wobei jede zwei schräg abgeschnittene Ecken besitzt, die mit ähnlich geformten Teilen der Schicht 56 übereinstimmen. Jede der Platten 66A - 66D wirkt mit der Schicht 56 zusammen, um eine Kapazität 67A - 67D (s. Fig. 9) zu bilden, und ähnliche Platten in der Schicht 54 wirken mit der Schicht 56 zusammen, um die Kapazitäten 68A - 68D (s. Fig. 9) zu bilden. Die Platten 66A und 66C sind so angeordnet, daß sie die Y-Achse definieren. Die Platten 66B und 66D sind so angeordnet, daß sie die X-Achse definieren. Die Z-Achse wird durch die Schichten 54, 56 und 60 definiert und liegt senkrecht zur Oberfläche des Substrats 52. Somit werden drei gegenseitig orthogonale Achsen definiert, und die Kondensatoren 67A - 67D und 68A - 68D sind so angeordnet, daß sie die Beschleunigung längs dieser Achsen erfassen.
  • Fig. 8 ist eine stark vergrößerte Draufsicht von Teilen der Schicht 56 und der Platten 66B und 66D, die detaillierter die Art und Weise zeigt, in der die Kapazitäten 67B und 67D verändert werden. Sowie eine Beschleunigungskraft längs der X-Achse die Schicht 56 veranlaßt, sich in Richtung der Oberseite von Fig. 8 zu bewegen, liegt mehr von der Platte 66B über der Schicht 58, wodurch die Kapazität 67B erhöht wird. Ferner liegt weniger von der Platte 66D über der Schicht 56, wodurch die Kapazität 67D verringert wird. Ähnlich werden die Kapazitäten 68B und 68D zwischen den Schichten 56 und 54 zunehmem bzw. abnehmen. Die Kapazitäten 67B, 67D, 68B und 68D werden daher in einer elektronischen Differenzschaltung benutzt, um die Beschleunigung entlang der X-Achse zu erfassen. Ähnlich werden die Kapazitäten 67A, 67C, 68A und 68C benutzt, um die Beschleunigung längs der Y-Achse zu erfassen. Fig. 9 zeigt die Kapazitäten 67A - 67D und 68A - 68D, die in einer typischen Erfassungsschaltung mit einem Komparator 69 verbunden sind. Der Komparator 69 vergleicht das von den Kapazitäten empfangene Eingangssignal mit einem Bezugssignal, um irgendeine Kapazitätsänderung zu ermitteln.
  • Fig. 10 zeigt eine Schalt- oder Treiberschaltung 75, die die Erfassungsschaltung von Fig. 9 enthält. Indem Änderungen in verschiedenen Kapazitäten erfaßt werden, werden die folgenden Funktion ausgeführt: Funktion Getriebene Kapazitäten Beschleunigung in Richtung Selbsttest in Richtung Drehbeschl. um die Achse gegen
  • Die Umschaltschaltung 75 verbindet die verschiedenen Kapzitäten in jeder der oben bezeichneten Beziehungen, um die gewünschten Messungen vorzunehmen, und der Komparator 69 vergleicht das Eingangssignal von den Kapazitäten mit einem Bezugssignal. Auf diese Weise wird die Beschleunigung entlang von drei gegenseitig orthogonalen Achsen gemessen, die Drehbeschleunigung um zwei der Achsen kann gemessen werden, und wenigstens ein Teil des Beschleunigungsmessers und der zugehörigen Schaltungen kann geprüft werden.
  • Bei allen oben beschriebenen Ausführungen wird eine Regelschaltung (nicht gezeigt), einschließlich der Erfassungskondensatoren, gebildet, indem die erfaßten Kapazitätsänderungen benutzt werden, um periodisch eine elektrostatische Kraft anzuwenden, um das bewegliche Element zwischen den kapazitiven Strukturen zu zentrieren. Das heißt, die Regelschleife hält das bewegliche Element so nahe wie möglich bei der Ruheposition und erzeugt immer noch Abtastsignale. Dies wird allgemein vollbracht, indem die kapazitiven Strukturen getrieben werden, um eine elektrostatische Kraft zu erzeugen, die das bewegliche Element zentriert, und die für den Zentrierungsvorgang benötigte Antriebsmenge abgetastet wird. Die benötigte Antriebsmenge ist proportional den Beschleunigungskräften, die das bewegliche Element bewegen. Indem eine Regeischaltung gebildet wird, die die Erfassungskondensatoren einschließt, werden der Betriebsbereich und die Empfindlichkeit wesentlich erhöht.
  • Ausführungen eines neuen und verbesserten Dreiachsen-Beschleunigungsmessers sind somit offenbart. Der offenbarte Beschleunigungsmesser erfaßt die Beschleunigung in drei gegenseitig orthogonalen Achsen, erfaßt die Drehbeschleunigung um zwei der Achsen und umfaßt Zusätze zur Selbstprüfung. Die verschiedenen offenbarten Ausführungen werden unter verwendung von Mikrobearbeitungsverfahren und Halbleitermaterial, z.B. Sllizium, Polysilizium, verschiedenen aufgetragenen Metallschichten oder irgendeinem Material, das normalerweise beim Herstellen von Halbleiterprodukten benutzt wird, gebildet. Wegen des neuartigen Aufbaus kann der Beschleunigungsmesser für niedrige Beschleunigungskräfte empfindlich gemacht werden und ist immer noch robust. Die mit dem Beschleunigungsmesser verbundenen Schaltkrelse sind relativ einfach, und der gesamte Aufbau zeigt ein gutes Frequenzansprechen. Wegen der Verwendung differentieller Kapazitäten ist ferner eine gute Kreuzachsen-Empfindlichkeit vorhanden, und das Ubersprechen zwischen den Achsen wird minimiert. Diese und andere Vorteile sollten für die Fachleute in der Technik aus der obigen Offenbarung ersichtlich sein.

Claims (9)

1. Dreiachsen-Beschleunigungsmesser gekennzeichnet durch:
eine Mehrzahl von Schichten (14, 16) aus leitfähigem Material, die je allgemein eine Ebene definieren und je so angebracht sind, daß die definierten Ebenen parallel zueinander und in beabstandeter Beziehung zueinander liegen, wobei eine erste der Schichten (14) fest angebracht ist und wobei eine zweite Schicht (16) zur begrenzten Bewegung relativ zu der ersten Schicht angebracht ist;
wobei die erste und zweite Schicht (14, 16) eine erste Kapazität (26) bilden, die sich entsprechend der Beschleunigung des Beschleunigungsmessers längs einer ersten Achse (Z), die senkrecht zu den Ebenen der der ersten und zweiten Schicht (14, 16) liegt, verändert;
erste und zweite Strukturen (54, 56 oder 30, 31, 32, 33 & 34), die als ein Teil der ersten bzw. zweiten Schicht (14, 16) gebildet und in paralleler Nebeneinanderstellung angeordnet sind, wobei die zweiten Strukturen (56 oder 30) mit der zweiten Schicht (16) und relativ zu der ersten Schicht (14) längs einer zweiten und dritten Achse (X, Y) beweglich ist, die parallel zu den Ebenen der Schichten und gegenseitig rechtwinklig zueinander und rechtwinklig zur ersten Achse (Z) liegen, und
variabale Kapazitäten (38, 39 & 36, 37), die zwischen den ersten und zweiten Strukturen gebildet werden, wobei sich die Kapazitäten gemäß der Beschleunigung in der zweiten bzw. dritten Achse verändern.
2. Dreiachsen-Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von leitenden Schichten eine dritte Schicht (24) umfaßt, die relativ zu der ersten Schicht (14) fest angeordnet ist, und wobei die zweite Schicht (16) zwischen der ersten und der dritten Schicht gelegen ist, wobei die zweite und dritte Schicht eine zweite Kapazität (27) bilden, die sich gemäß der Beschleunigung des Beschleunigungsmessers längs der ersten Achse (Z) verändert, wobei die Veränderungen den Veränderungen in der ersten Kapazität (26) entgegengesetzt sind.
3. Dreiachsen-Beschleunigungsmesser nach Anspruch 2, weiter gekennzeichnet durch dritte Strukturen (66), die den ersten und zweiten Strukturen (54, 56) ähnlich sind und als ein Teil der dritten Schicht (60) gebildet sind.
4. Dreiachsen-Beschleunigungsmesser nach Anspruch 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die ersten, zweiten und dritten Strukturen (30, 31, 32, 33 & 34) parallel beabstandete Vorsprünge umfassen, die integral mit der ersten, zweiten und dritten Schicht gebildet sind.
5. Dreiachsen-Beschleunigungsmesser nach Anspruch 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die ersten, zweiten und dritten Strukturen (54, 56 & 66) leitende Platten umfassen, die in paralleler beabstandeter Beziehung angeordnet sind.
6. Dreiachsen-Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von Schichten (14, 16 & 24) durch ein Halbleitersubstrat (12) gehalten werden und das Substrat weiter einen Schaltkreis (75) trägt, die mit der ersten Kapazität (26) und den gebildeten Kapazitäten (38, 39 & 36, 37) verbunden ist und Signale erzeugt, die die Beschleunigung in der ersten, zweiten und dritten Achse anzeigen.
7. Dreiachsen-Beschleunigungsmesser nach Anspruch 6, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsmesser und der Schaltkreis in einer einzigen integrierten Schaltung gebildet sind.
8. Dreiachsen-Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht zur begrenzten relativen Bewegung mittels eines einzelnen Pfostens (58) befestigt ist.
9. Dreiachsen-Beschleunigungsmesser nach Anspruch 8, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der einzelne Pfosten (58) ein allgemein zentral angeordneter Pfosten senkrecht zu der Ebene der ersten (54) und der Ebene der zweiten (56) Schicht ist.
DE69206770T 1991-12-19 1992-09-28 Dreiachsiger Beschleunigungsmesser Expired - Fee Related DE69206770T2 (de)

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