Ziel der Entwicklung
Inertialsensoren gehören neben Drucksensoren derzeit zu den am meisten in Silizium-Mikromechanik hergestellten Sensoren. Mit modernen Technologien der Mikromechanik ist eine entscheidende Reduzierung von Baugröße und Preis sowie eine Integration mit der Sensorelektronik möglich. Dadurch kann eine Vielzahl neuer Anwendungsgebiete erschlossen werden. Hierzu zählen die Bereiche Automobilindustrie, Biomechanik, Konsumgüterindustrie, Industrieanwendungen und Offline-Navigation. Airbag-Sensoren, elektronische Fahrdynamikregelung, Stabilisierung von Videokameras, 3-D-Mouse und Lagesensoren für Navigationsgeräte sind nur wenige, der ins Blickfeld der Entwicklungen gerückten Anwendungen. Der derzeit größte Markt für Inertialsensoren ist die Automobilindustrie. Mit Hilfe dieser Sensoren können Beschleunigung und Drehbewegung eines Fahrzeugs im Inertialraum erfasst werden, um es in gefährlichen Fahrsituationen durch Abbremsen einzelner Räder oder den Eingriff in die Fahrzeugfederung ungewollte Drehungen zu verhindern. Im Bereich Navigations- und Führungssysteme (Navigation and Guidance Systems) werden wesentlich höhere Anforderungen an die Sensorparameter gestellt. Mikromechanische Beschleunigungssensoren können die Anforderungen schon heute nahezu erfüllen. Ziel ist die Entwicklung eines hochgenauen Drehratensensors mit elektrostatischer Erregung und vorzugsweise piezoresistiver Auswertung für die Offline-Navigation. Die Messgenauigkeit soll den Sensor für den Einsatz in der Navigation befähigen. In Bezug auf das piezoresistive Messprinzip ist eine Sensitivität von 100 mV/[°/s/V], bei einer Messspanne von 2mV/V das Ziel.
Vorteile und Lösungen
Der Lösungsansatz sieht eine piezoresistive Signalauswertung vor. Der Sensor besteht aus dem Rahmen in dem eine Masse oszilliert (Primärschwingung), welche sich in einem zweiten Rahmen befindet. Der zweite Rahmen wird, aufgrund der durch die Drehrate entstehende Corioliskraft, gleichfalls in Oszillation (Sekundärschwingung) versetzt. Die Amplitude der Sekundärschwingung ist das Maß für den Messwert. Des Weiteren geben einige Randbedingungen die Bewegungskinematik vor. Aufgrund der piezoresistiven Auswertung ist es vorteilhaft, wenn die Corioliskraft senkrecht auf der Waferoberfläche steht. Die Bewegung der Masse ist in diesem Fall in der Waferebene. Die Schwingung des Primärschwingers ist derart zu gestalten, dass das Übersprechen auf den Sekundärschwinger minimal ist. Die Schwingungen werden durch Federmassenschwinger realisiert, die Primärschwingung wird elektrostatisch getrieben. Die Frequenz der Anregung ist nahe der Resonanzfrequenz. Die Resonanzfrequenz vom Sekundäroszillator ist zirka 100 Hz höher als die vom Primäroszillator, so dass dieser sicher die Resonanzfrequenz nicht überschreitet aber die Resonanzerhöhung zur Verstärkung nutzen kann.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die Navigation von Flugobjekten kann hierdurch verbessert werden.
