DE102009002066A1

DE102009002066A1 - Verfahren zum Erfassen von Beschleunigungen und Drehraten sowie MEMS-Sensor

Info

Publication number: DE102009002066A1
Application number: DE200910002066
Authority: DE
Inventors: Alessandro Rocchi
Original assignee: SensorDynamics AG
Current assignee: Hanking Electronics Ltd Solon Us
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2010-10-07
Also published as: CA2756849A1; JP5532455B2; US20160003617A1; US9664515B2; WO2010112268A1; CN102378895B; KR20120030343A; CN102378895A; US9134128B2; EP2414773A1; EP2414773B1; JP2012522228A; KR101657134B1; US20120017678A1

Abstract

In einem Verfahren zum Erfassen von Beschleunigungen entlang und Drehraten um mindestens eine, vorzugsweise zwei von drei senkrecht aufeinanderstehende Raumachsen x, y, und z, mittels eines MEMS-Sensors (1) werden mindestens eine Antriebsmasse (6; 6.1, 6.2) und mindestens eine Sensormasse (5) auf einem Substrat (2) beweglich angeordnet und die mindestens eine Antriebsmasse (6; 6.1, 6.2) relativ zu der mindestens einen Sensormasse (5) oszillierend mit einer Antriebsfrequenz bewegt. Antriebsmasse/n (6; 6.1, 6.2) und Sensormasse/n (5) werden bei Auftreten einer äußeren Beschleunigung des Sensors (1) mit einer Beschleunigungsfrequenz und bei Auftreten einer äußeren Drehrate des Sensors (1) mit einer Drehratenfrequenz ausgelenkt, wobei Beschleunigungsfrequenz und Drehratenfrequenz unterschiedlich sind. Bei einem entsprechenden MEMS-Sensor sind im Ruhezustand Antriebsmasse/n (6; 6.1, 6.2) und Sensormasse/n (5) mittels mindestens einem der Anker (3) ausgewogen auf dem Substrat (2) angeordnet. Im Antriebmodus erzeugen die Antriebsmasse/n (6; 6.1, 6.2) bei oszillierenden Schwingen um diesen mindestens einen Anker (3) ein Ungleichgewicht der Antriebsmasse/n (6; 6.1, 6.2) und der Sensormasse/n (5) bezüglich dieses mindestens einen Ankers (3). Die Sensorelemente erfassen Auslenkungen der Antriebs- und Sensormassen aufgrund erzeugter Drehmomente und Corioliskräfte mit einer Beschleunigungsfrequenz und/oder einer Drehratenfrequenz.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Beschleunigungen entlang und Drehraten um mindestens eine/r, vorzugsweise zwei von drei senkrecht aufeinander stehende/r Raumachsen x, y und z mittels eines MEMS-Sensors, wobei mindestens eine Antriebsmasse und mindestens eine Sensormasse auf einem Substrat beweglich angeordnet werden und die Antriebsmasse relativ zu der Sensormasse oszillierend mit einer Antriebsfrequenz bewegt wird sowie einen entsprechenden MEMS-Sensor mit einem Substrat, mit mindestens einer Antriebsmasse, welche beweglich und parallel zur Ebene des Substrats in einer x-y-Ebene oszillierend angeordnet ist, mit mindestens einer Sensormasse, mit Verbindungsfedern zum Verbinden der mindestens einen Antriebsmasse mit der mindestens einen Sensormasse und mit mindestens einem Anker und einer Ankerfeder zum Verbinden der mindestens einen Antriebsmasse und/oder der mindestens einen Sensormasse mit dem Substrat, mit Antriebselementen zum oszillierenden Antreiben der Antriebsmasse/n mit einer Antriebsfrequenz relativ zu der/den Sensormasse/n um sie bei einer Rotation des Substrats um eine beliebige Raumachse Corioliskräften zu unterwerfen und mit Sensorelementen zum Erfassen der Beschleunigungen und Rotationsbewegungen des Substrats.
MEMS-Sensoren sind beispielsweise als Mikro-Gyroskope bekannt, welche zur Ermittlung von Drehbewegungen um eine oder mehrere Achsen in einem orthogonalen x-y-z-Koordinatensystem verwendet werden. Um Drehbewegungen des Systems um jede der drei Achsen ermitteln zu können, sind im einfachsten Fall drei Mikro-Gyroskope erforderlich, welche jeweils die Drehbewegung um eine einzige Achse feststellen. Aufwändigere Mikro-Gyroskope sind derart ausgebildet, dass sie Drehbewegungen um mehrere Achsen ermitteln können. Grundsätzlich arbeiten die Gyroskope nach dem Prinzip, dass eine oszillierend bewegte Antriebsmasse bei einer Drehbewegung des Gesamtsystems um eine Achse rechtwinklig zur Antriebsbewegung eine Corioliskraft in der dritten Achsrichtung erzeugt. Diese Corioliskraft bewirkt bei entsprechender Lagerung der Antriebsmasse eine Auslenkung der Antriebsmasse und gegebenenfalls einer damit gekoppelten Sensormasse. Insbesondere der Sensormasse sind Sensorelemente zugeordnet, welche in der Regel Plattenkondensatoren oder Kammelektroden sind, die bei einer Abstandsänderung ein elektrisches Signal erzeugen, welches proportional zu der Drehbewegung ist. Durch dieses elektrische Signal kann die entsprechende Drehbewegung signalisiert werden. Ein derartiges Mikrogyroskop für drei Achsen ist beispielsweise aus der TW 286201 BB bekannt.
Aus der US 2008/0053228 A1 ist ein Sensor zum Erfassen von Beschleunigungen, welche in drei Raumachsen auftreten können, offenbart. Hierbei wird eine Sensormasse im Raum beweglich aufgehängt und bei Beschleunigungen des Sensors in einer der Raumachsen entsprechend ausgelenkt. Die aufgetretene Auslenkung wird wiederum mittels Elektroden oder anhand einer Verformung der Federn, an welchen die Sensorelemente aufgehängt sind, ermittelt, und in ein elektrisches Signal umgewandelt.
Nachteilig bei den Sensoren des Standes der Technik ist es, dass zur Erfassung von Beschleunigungen und Drehbewegungen des Sensors entweder verschiedene spezialisierte Sensoren verwendet werden müssen, welche erst gemeinsam Aufschlüsse über die Bewegungen der gesamten Sensoreinheit geben oder dass sehr komplizierte Sensoren erforderlich sind, welche nur schwierig herzustellen sind und dementsprechend anfällig im Betrieb sein können. Allen diesen Lösungen ist es auch gemeinsam, dass sie in der Herstellung sehr kostenintensiv sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, einen Sensor zur Ermittlung von Beschleunigungen und Rotationsbewegungen zu schaffen, welcher relativ einfach im Aufbau und kostengünstig in der Herstellung ist und darüber hinaus eine hohe Erfassungsgenauigkeit aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren und einem MEMS-Sensor mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Erfassen von Beschleunigungen entlang und Drehraten um eine, vorzugsweise zwei von drei senkrecht aufeinander stehende Raumachsen x, y und z mittels eines MEMS-Sensors. Mindestens eine Antriebsmasse und mindestens eine Sensormasse werden auf einem Substrat beweglich angeordnet. Die mindestens eine Antriebsmasse wird relativ zu der mindestens einen Sensormasse oszillierend mit einer Antriebsfrequenz bewegt. Antriebsmasse/n und Sensormasse/n werden bei Auftreten einer äußeren Beschleunigung des Sensors mit einer Beschleunigungsfrequenz und beim Auftreten einer äußeren Drehrate des Sensors mit einer Drehratenfrequenz ausgelenkt. Beschleunigungsfrequenz und Drehratenfrequenz sind unterschiedlich, wodurch die als Reaktion auf eine Beschleunigung oder eine Drehrate auftretende Beschleunigungsfrequenz bzw. Drehratenfrequenz auseinandergehalten werden können und somit Rückschlüsse auf die erfolgte Beschleunigung oder Drehrate gezogen werden können. Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, dass sowohl für die Beschleunigung als auch für die Drehrate des Sensors dieselben Sensorelemente verwendet werden können. Lediglich durch die aufgetretene Frequenz wird dabei unterschieden, ob der Sensor einer Beschleunigung oder einer Drehung ausgesetzt war.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer vorteilhaften Ausführung auch zur Erfassung einer dritten Beschleunigungsrichtung und einer dritten Drehrate dienen. Hierfür wird mindestens eine Antriebsmasse vorgesehen, welche in einer Richtung orthogonal zu der mindestens einen Antriebsmasse der beiden ersten Richtungen bzw. Drehraten und relativ zu mindestens einer Sensormasse mit einer Antriebsfrequenz oszillierend bewegt wird. Damit wird es ermöglicht, dass ein Sensor geschaffen wird, welcher sowohl drei Beschleunigungsrichtungen als auch drei Drehratenrichtungen erfassen kann. Es sind nur wenige bewegte Teile erforderlich. Die Fertigung wird hier durch ganz beträchtlich vereinfacht und die Herstellkosten relativ gering gehalten.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Antriebsmasse/n und die Sensormasse/n bei Auftreten einer äußeren Beschleunigung des Sensors mit einer Beschleunigungsfrequenz, welche gleich der Antriebsfrequenz ist, ausgelenkt werden und bei Auftreten einer äußeren Drehrate des Sensors mit einer Drehratenfrequenz, welche doppelt der Antriebsfrequenz ist, ausgelenkt werden. Hierdurch ist eine deutliche Unterscheidung zwischen Beschleunigung und Drehrate vorhanden, wodurch die Feststellung, ob der Sensor beschleunigt wird oder gedreht wird, einfach durchzuführen ist.
Vorzugsweise werden Antriebsmasse/n und Sensormasse/n bei der Beschleunigung des Sensors aufgrund eines Drehmoments ausgelenkt. Das Drehmoment entsteht beispielsweise dadurch, dass die Antriebsmasse/n exzentrisch zur Lagerung von Antriebs- und/oder Sensormasse/n auf dem Substrat angeordnet ist. Durch die oszillierende/n Antriebsmasse/n, welche abwechselnd auf einer Seite und auf der anderen Seite exzentrisch über die ausbalancierte Mittelstellung hinausragt, werden bei einer Beschleunigung quer zu dieser Antriebsbewegung Drehmomente erzeugt, welche bei einer entsprechenden Lagerung von Antriebsmasse und Sensormasse auf dem Substrat eine Drehbewegung dieser Massen erzeugt. Diese Drehbewegung ist ebenso wie die Antriebsbewegung der Antriebsmasse/n oszillierend, wodurch eine oszillierende Drehbewegung von Antriebsmasse/n und Sensormasse/n entsteht. Diese aufgrund des Drehmoments der immer wieder asymmetrisch angeordneten Antriebsmasse/n oszillierende Drehbewegung kann mittels Sensorelementen erfasst werden.
Zur Erfassung der Drehung des Sensors werden Antriebsmasse/n und Sensormasse/n vorteilhafterweise aufgrund eines Drehmoments und einer Corioliskraft ausgelenkt. Die Corioliskraft entsteht aufgrund der Antriebsfrequenz der Antriebsmasse/n rechtwinklig zur Beschleunigungs- und Antriebsrich tung. Ist die Antriebsmasse derart angeordnet und gelagert, dass sie bei ihrer oszillierenden Antriebsbewegung immer wieder asymmetrisch über die Lagerung der Antriebsmasse/n und Sensormasse/n hinausragt, so entsteht zusätzlich ein Drehmoment, welches die Corioliskraft überlagert. Dabei tritt eine typische Drehratenfrequenz auf, welche sich von der Antriebsfrequenz und auch von der reinen Beschleunigungsfrequenz unterscheidet. Die zugeordneten Sensorelemente erzeugen hierdurch ein typisches Signal, welches auf die Drehung des Sensors hinweist. Auch die hier erzeugte Auslenkung ist ebenso wie die Antriebsfrequenz oszillierend.
Beschleunigungsfrequenz- und Drehratenfrequenz sind vorteilhafterweise proportional zu der auftretenden Beschleunigung und Drehrate und können dementsprechend gemessen und ausgewertet werden.
Ein erfindungsgemäßer MEMS-Sensor dient zur Ermittlung von Beschleunigungen entlang und Rotationsbewegungen um mindestens eine, vorzugsweise zwei von drei senkrecht aufeinanderstehende Raumachsen x, y und z. Der MEMS-Sensor weist ein Substrat sowie mindestens eine Antriebsmasse auf, welche beweglich und parallel zur Ebene des Substrats in einer x-y-Ebene oszillierend angeordnet ist. Mindestens eine Sensormasse ist mit Verbindungsfedern mit der mindestens einen Antriebsmasse verbunden. Mit mindestens einem Anker und einer Ankerfeder sind die Antriebsmasse/n und/oder die Sensormasse/n mit dem Substrat verbunden. Der MEMS-Sensor weist darüber hinaus Antriebselemente zum oszillierenden Antreiben der Antriebsmasse/n mit einer Antriebsfrequenz relativ zu der Sensormasse auf, um sie bei einer Rotation des Substrats um eine beliebige Raumachse Corioliskräften zu unterwerfen. Sensorelemente dienen zum Erfassen der Beschleunigungen und Rotationsbewegungen des Substrats. Erfindungsgemäß sind im Ruhezustand des Sensors die Antriebsmasse/n und die Sensormasse/n mittels mindestens einem der Anker ausgewogen auf dem Substrat angeordnet. Im Antriebsmodus schwingen die Antriebsmasse/n oszillierend um diesen mindestens einen Anker und erzeugen damit abwechselnd ein Ungleichgewicht nach der einen oder der anderen Seite. Die Antriebsmasse/n sind dabei abwechselnd auf der einen und auf der anderen Seite des Schwerpunktes des Sensors im Ruhezustand und erzeugen damit ein Ungleichgewicht abwechselnd auf der einen und auf der anderen Seite des Ankers bzw. Schwerpunktes. Die Sensorelemente erfassen die Auslenkungen der Antriebs- und Sensormassen aufgrund der erzeugten Drehmomente und/oder Corioliskräfte mit einer Beschleunigungsfrequenz und/oder einer Drehratenfrequenz.
Durch das erfindungsgemäße Pendeln der Antriebsmasse/n um einen Gleichgewichtszustand werden die auszulenkenden Antriebs- und Sensormassen abwechselnd auf der einen und anderen Seite vergrößert bzw. verkleinert. Hierdurch entstehen unterschiedliche Massenverteilungen, welche bei einer linearen Beschleunigung des Sensors Drehmomente um den Ankerpunkt bzw. die Ankerpunkte der Antriebsmasse/n und der Sensormasse/n auf dem Substrat bewirken. Diese Drehmomente lenken bei einer entsprechenden Lagerung der Antriebsmasse/n bzw. der Sensormasse/n diese auf dem Substrat um den Ankerpunkt herum aus und bewirken eine Drehung der beiden Massen um den Anker. Dieses oszillierende wandernde Drehmoment erzeugt ein eindeutiges Signal, welches auf die entsprechende Beschleunigung hinweist. Es werden hierdurch mittels der ersten Antriebsmasse/n, welche in x-Richtung oszillierend angetrieben ist/sind, bei einer Beschleunigung in y-Richtung Drehmomente um die z-Achse erzeugt. Wird der Sensor hingegen in z-Richtung beschleunigt, so erfolgt ein oszillierendes Drehmoment, welches eine Kippbewegung von Antriebs- und Sensormasse/n um die y-Achse erzeugt. Zu beachten ist hierbei, dass die Aufhängung der Antriebs- bzw. Sensormasse auf dem Substrat mit Ankerfedern erfolgt, welche diese Bewegungen zulassen. So muss die Ankerfeder so ausgebildet sein, dass sie für die Erfassung einer Beschleunigung in y-Richtung eine Drehbewegung um die z-Achse zulässt, während sie für die Anzeige einer z-Beschleunigung ein Schwenken von Sensormasse/n und Antriebsmasse/n um die y-Achse zulassen muss. Die Verbindungsfedern zum Verbinden der Antriebsmasse mit der Sensormasse hingegen sollen derart ausgestaltet sein, dass sie lediglich in Antriebsrichtung elastisch sind bzw. eine kontrollierte Nachgiebigkeit aufweisen. In den anderen Achsrichtungen sind sie hingegen steif ausgebildet, so dass Antriebsmasse/n und Sensormasse/n in diesen Richtungen im Wesentlichen starr miteinander gekoppelt sind.
Wird der Sensor um die z-Achse gedreht, so entsteht eine Corioliskraft, welche unter Mitwirkung der Drehmomente auf Grund der oszillierend asymmetrischen Massenverteilung eine Drehung der Antriebs- und Sensormassen um die z-Achse bewirkt. Bei einer Drehung des Sensors um die y-Achse erfolgt eine entsprechende Drehung um die y-Achse. Beide Drehungen erfolgen mit einer typischen Drehratenfrequenz, welche erfasst und ausgewertet werden kann.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Antriebsmasse linear entlang einer der drei Raumachsen oszillierend antreibbar. Für den Antrieb dienen in bekannter Weise Antriebselektroden, insbesondere Kammelektroden, welche abwechselnd die Antriebsmasse/n anziehen. Die mindestens eine Antriebsmasse bewegt sich hierdurch vorzugsweise so, dass sie ausgehend von einer Endlage bis zu einer Mittellage beschleunigt und anschließend wieder bis zur anderen Endlage abgebremst wird. Anschließend wird die Antriebsrichtung umgekehrt und die Antriebsmasse wieder bis zur Mittellage beschleunigt und wiederum abgebremst.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist der Sensor zur Erfassung einer dritten Beschleunigungsrichtung und einer dritten Drehrate vorgesehen. Hierfür weist der Sensor mindestens eine weitere Antriebsmasse auf, welche in einer Richtung, welche orthogonal zu der ersten Antriebsrichtung ist, mit Antriebselementen oszillierend antreibbar ist. Diese mindestens eine zweite Antriebsmasse bewegt sich somit rechtwinklig zu der/den ersten Antriebsmasse/n, welche für die beiden ersten Richtungen bzw. Drehraten zuständig ist. Die mindestens eine zweite Antriebsmasse bewegt sich außerdem relativ zu mindestens einer Sensormasse, welche auf die entsprechenden Kräfte reagiert. Diese Sensormasse kann vorteilhafterweise identisch mit der Sensormasse für die beiden ersten Richtungen bzw. Drehraten sein. Sie muss dabei auf dem Anker derart befestigt sein, dass sie entsprechenden Reaktionen, das heißt oszillierende Drehbewegungen um die x- und die z-Achse zulässt. Die zweite Antriebsmasse bewegt sich dabei vorzugsweise in y-Richtung. Auf eine Beschleunigung des Sensors in x-Richtung reagiert die zweite Antriebsmasse mit der Sensormasse durch eine Drehung um die z-Achse. Tritt eine Drehrate um die x-Achse auf, so schwenkt die zweite Masse um die x-Achse. Die Reaktion auf eine Beschleunigung oder eine Drehrate erfolgt jeweils durch oszillierende Bewegungen der zweiten Antriebsmasse zusammen mit der Sensormasse mit Frequenzen, welche einander unterscheiden. Vorzugsweise sind die Drehfrequenzen für Beschleunigungen in allen Achsen gleich der Antriebsfrequenz der betreffenden Antriebsmassen, während die Drehfrequenzen für Drehungen des Sensors doppelt so groß wie die entsprechenden Antriebsfrequenzen sind.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist mindestens einer der Anker, welche die Antriebselemente oder die Zentralelemente trägt, ein Zentralanker. Der Zentralanker kann auch aus mehreren einzelnen Ankerteilen, welche nahe beisammen angeordnet sind, bestehen. Der Anker bildet vorzugsweise den Massenschwerpunkt im ausbalancierten Zustand des Sensors.
Vorzugsweise ist an dem Zentralanker die Sensormasse angeordnet. Es wird hierdurch eine besonders einfache Ausführung der Erfindung ermöglicht, da für einen symmetrischen Aufbau des Sensors im Ruhezustand lediglich eine Sensormasse erforderlich ist.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die mindestens eine Sensormasse um eine Achse, insbesondere um den Zentralanker dreh- und schwenkbar. Die Sensormasse ist hierfür mit entsprechenden Ankerfedern an dem Zentralanker befestigt. Die Ankerfedern sind dabei so ausgeführt, dass sie ein Drehen und Schwenken in der vorgesehenen Richtung für die Sensormasse/n zulassen.
Ist die mindestens eine Antriebsmasse um eine Achse, insbesondere um den Zentralanker dreh- und schwenkbar, so können mehrere Sensormassen vorgesehen werden. Hierdurch wird zwar einerseits mehr Raum für den Sensor benötigt, andererseits ist die Erfassung der Bewegung der Sensormassen aber einfacher zu realisieren.
Vorzugsweise sind die Antriebsmasse/n und die Sensormasse/n mit Verbindungsfedern miteinander verbunden. Die Verbindungsfedern sollen dabei so ausgeführt sein, dass sie insbesondere eine Beweglichkeit der Antriebsmassen in Achsrichtung erlauben. Die mindestens eine Sensormassen selbst ist dabei in dieser Richtung unbeweglich auf dem Substrat angeordnet. Die Sensormasse wird dementsprechend nur dann bewegt, wenn eine entsprechende Beschleunigung oder Drehrate auftritt und eine Auslenkung der Antriebsmasse/n erzeugt und die Sensormasse fest an die Antriebsmasse gekoppelt ist.
Um die Bewegung der Sensormasse/n und/oder der Antriebsmasse/n als Reaktion auf eine Beschleunigung oder Drehrate zu erfassen, sind der mindestens einen Sensormasse und/oder der mindestens einen Antriebsmasse Sensorelemente zugeordnet, welche mit fest auf dem Substrat angeordneten Sensorelementen korrespondieren. Geeignet sind hierfür Plattenkondensatoren oder Gabelelektroden, welche Abstandsänderungen in ein elektrisches Signal umwandeln.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung des Sensors ist dem Sensor eine Auswerteeinheit zugeordnet, um zwischen einer Beschleunigungsfrequenz und einer Drehratenfrequenz zu unterscheiden. Nachdem die Drehratenfrequenz und die Beschleunigungsfrequenz grundsätzlich unterschiedlich sind, kann durch das entsprechende Auftreten einer solchen Frequenz unterschieden werden, ob der Sensor in einer Achsrichtung beschleunigt wird oder um eine Achse gedreht wird.
Weitere Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt
1 einen erfindungsgemäßen Sensor bei einer Beschleunigung in y-Richtung,
2 einen erfindungsgemäßen Sensor bei einer Drehung um die z-Achse,
3 einen weiteren erfindungsgemäßen Sensor mit einer Sensormasse,
4 einen erfindungsgemäßen Sensor mit zwei Sensormassen,
5 einen erfindungsgemäßen Sensor mit zwei Antriebsmassen und
6 einen weiteren erfindungsgemäßen Sensor mit vier Antriebsmassen.
In 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßer Sensor 1 dargestellt. Der Sensor 1 besteht aus einem Substrat 2, welches parallel zur Zeichenebene (x-y-Ebene) angeordnet ist. An dem Substrat 2 ist ein Anker 3 angeordnet, welcher über vier Ankerfedern 4 eine Sensormasse 5 trägt. Die Ankerfedern 4 sind x-förmig an dem Anker 3 angeordnet und erlauben aufgrund ihrer entsprechenden Federsteifigkeiten in x, y und z-Richtung ein Verdrehen der Sensormasse 5 um die z-Achse, welche aus der Zeichenebene herausragt sowie ein Verdrehen der Sensormasse 5 um die y-Achse. Um die x-Achse und in den Richtungen der x-, y- und z-Achse sind die Federn 4 nicht nachgiebig gestaltet.
An der Sensormasse 5 ist mittels vier Verbindungsfedern 7 eine Antriebsmasse 6 befestigt. Die Verbindungsfedern 7 weisen eine Federsteifigkeit auf, welche in x-Richtung relativ weich ist um eine Bewegung der Antriebsmasse 6 relativ zur Sensormasse 5 in x-Richtung zu gestatten. Bezüglich einer Drehung um die y-Achse bzw. z-Achse sind die Verbindungsfedern 7 allerdings steif, wodurch eine Kopplung der Antriebsmasse 6 mit der Sensormasse 5 erfolgt. Wird die Antriebsmasse 6 entsprechend ausgelenkt, so überträgt sich diese Auslenkung auf die Sensormasse 5, welche aufgrund ihrer Lagerung über die Ankerfedern 4 dieser Auslenkung nachgibt und somit die Sensormasse 5 zusammen mit der Antriebsmasse um die y-Achse oder die z-Achse dreht.
Wie aus 1a) und 1b) zu ersehen ist, bewegt sich die Antriebsmasse 6 in x-Richtung relativ zu der Sensormasse 5 oszillierend hin und her. In 1a) befindet sich die Antriebsmasse 6 in ihrer linken Endstellung, während sie in 1b) in ihrer rechten Endstellung dargestellt ist. Die Verbindungsfedern 7 werden dementsprechend innerhalb der x/y-Ebene in x-Richtung einmal nach links und das andermal nach rechts gebogen. Die Sensormasse 5 nimmt an dieser Antriebsbewegung nicht teil. Bezüglich des Ankerpunkts 3 entsteht bei der Antriebsbewegung in x-Richtung abwechselnd ein Ungleichgewicht der Massen auf der linken Seite (1a)) und auf der rechten Seite (1b)). Treten nun, wie in 1a) und 1b) dargestellt, Beschleunigungskräfte in y-Richtung auf, so bewirken diese aufgrund des wechselseitigen Ungleichgewichts eine Drehung der Sensormasse 5 und Antriebsmasse 6 um den Anker 3 gegen den Uhrzeigersinn in 1a) und im Uhrzeigersinn in 1b). Die Frequenz dieser oszillierenden Drehbewegung um die z-Achse, Beschleunigungsfrequenz genannt, entspricht der Frequenz der oszillierenden Antriebsbewegung der Antriebsmasse 6.
Ebenso wie in 1a) und 1b) dargestellt, wird die Sensormasse 5 und die Antriebsmasse 6 abwechselnd oszillierend um die y-Achse gedreht, wenn eine Beschleunigung des Sensors 1 in z-Richtung erfolgt. Auch hier liegt abwechselnd ein Ungleichgewicht auf der linken Seite (–x-Achse) und auf der rechten Seite (+x-Achse) vor. Die Beschleunigung in z-Richtung verursacht somit ebenfalls ein Pendeln der Sensormasse 5 und Antriebsmasse 6 um die y-Achse mit einer gleichen Beschleunigungsfrequenz wie der Antriebsfrequenz.
Bei der Darstellung der 1 ist ebenso wie bei den folgenden Darstellungen aus Übersichtlichkeitsgründen die Antriebs- und die Sensoreinrichtung nicht dargestellt. Diese können in herkömmlicher Weise, beispielsweise mit Gabelelektroden erfolgen, welche die Antriebsmasse 6 abwechselnd anziehen und somit zu einer oszillierenden Hin- und Herbewegung der Antriebsmasse 6 führen. Sensorelemente können beispielsweise ebenfalls Gabelelektroden sein oder aus Kondensatorplatten bestehen. Teile dieser Elektroden bzw. Platten sind fest an dem Substrat 2 angeordnet, während andere Teile sich an den beweglichen Elementen, nämlich der Sensormasse 5 und/oder der Antriebsmasse 6 befinden. Eine Auslenkung der Sensormasse 5 bzw. Antriebsmasse 6 führt zu Abstandsänderungen zwischen den an der Sensormasse 5 bzw. Antriebsmasse 6 angeordneten Teilen und den fest auf dem Substrat 2 angeordneten Teilen. Diese Abstandsänderung kann in elektrische Signale umgewandelt und ausgewertet werden.
In 2a)–i) ist die Reaktion des Sensors 1 bei einer Drehbewegung um die aus der Zeichenebene herausragende z-Achse schematisch dargestellt. Die jeweilige Verdrehung ist mit einem Pfeil, nicht jedoch mit einer zeichnerisch dargestellten Verdrehung der Sensormasse 5 und Antriebsmasse 6 gezeigt um die Wirkungsweise leichter verständlich zu machen. In 2a) befindet sich die Antriebsmasse 6 in ihrem linken Wendepunkt. Die Geschwindigkeit der Antriebsmasse ist an dieser Stelle Null, da sie aus einer Bewegungsrichtung – in –x-Richtung – kommend anschließend in eine +x-Richtung bewegt wird. Die Sensormasse 5 und Antriebsmasse 6 sind trotz einer Drehbewegung des Sensors 1 um die z-Achse in dieser Stellung keiner Corioliskraft ausgesetzt, da die Antriebsgeschwindigkeit der Antriebsmasse 6 Null ist. Corioliskräfte entstehen nur dann, wenn sich die Antriebsmasse 6 in Bewegung befindet. Die Corioliskräfte sind dann proportional zu der Antriebsbewegung der Antriebsmasse 6.
In 2b), zu einer Zeit t = T/8, bewegt sich die Antriebsmasse in +x-Richtung nach rechts. Die Antriebsmasse 6 weist somit eine Geschwindigkeit größer Null auf, wodurch eine Corioliskraft in –y-Richtung erzeugt wird. Die Masse 6 ist in dieser Stellung zum größeren Teil auf der –x-Achse als auf der +x-Achse, wodurch ein Ungleichgewicht entsteht und die in –y-Richtung gerichtete Corioliskraft eine Drehung der Sensormasse 5 und Antriebsmasse 6 gegen den Uhrzeigersinn erzeugt.
2c) zeigt das Antriebselement 6 zum Zeitpunkt t = T/4. Das Antriebselement 6 befindet sich im Gleichgewichtszustand bezüglich der Sensormasse 5. Darüber hinaus hat es an dieser Stelle in etwa maximale Geschwindigkeit, wodurch die Corioliskraft an dieser Stelle auch am Größten ist. Die Corioliskraft ist in –y-Richtung gerichtet, aufgrund der sich im Gleichgewicht befindlichen Antriebsmasse 6 und Sensormasse 5 wird jedoch kein Drehmoment erzeugt. Sensormasse 5 und Antriebsmasse 6 drehen sich dementsprechend nicht.
2d) zeigt zum Zeitpunkt t = 3T/8 ein Ungleichgewicht der Massen, diesmal mit der größeren Masse auf der +x-Achsenseite. Die Antriebsgeschwindigkeit der Antriebsmasse 6 ist größer Null, wodurch eine Corioliskraft wiederum in –y-Richtung erzeugt wird. Die Kraft ist im Ungleichgewicht, wodurch ein Drehmoment im Uhrzeigersinn auf die Antriebsmasse 6 und die Sensormasse 5 erzeugt wird. Die Sensormasse 5 und Antriebsmasse 6 drehen sich dementsprechend im Uhrzeigersinn um den Anker 3.
Zum Zeitpunkt t = T/2 – gemäß 2e) – ist die Antriebsmasse 6 in ihrer maximalen rechten Position. Die Antriebsgeschwindigkeit ist wiederum Null, da sich die Antriebsmasse 6 in ihrem Wendepunkt befindet. Aufgrund der fehlenden Antriebsgeschwindigkeit wird auch keine Corioliskraft erzeugt. Sensormasse 5 und Antriebsmasse 6 drehen sich nicht um die z-Achse.
In 2f) wird die Antriebsmasse 6 in –x-Richtung bewegt. Hierdurch entsteht eine Corioliskraft in +y-Richtung. Die Massen sind im Ungleichgewicht, wodurch eine Drehbewegung gegen den Uhrzeigersinn um die z-Achse erzeugt wird.
2g) zeigt die Antriebsmasse 6 in ihrer Mittelstellung zum Zeitpunkt t = 3T/4. Die Antriebsgeschwindigkeit ist im Wesentlichen maximal, weshalb auch die Corioliskraft maximal ist. Die Massen und dadurch die Kräfte sind im Gleichgewicht, wodurch trotz der in +y-Richtung auftretenden maximalen Corioliskraft keine Drehbewegung auf die Sensormasse 5 und die Antriebsmasse 6 um die z-Achse erzeugt wird.
In 2h) – zum Zeitpunkt t = 7T/8 – weist die Antriebsmasse 6 noch eine Geschwindigkeit in –x-Richtung auf, welche größer Null ist. Eine entsprechende Corioliskraft in +y-Richtung erzeugt aufgrund des Ungleichgewichts der linken –x-Seite eine Drehung der Sensormasse 5 und Antriebsmasse 6 im Uhrzeigersinn um die z-Achse.
2i) entspricht wiederum der 2a zum Zeitpunkt t = T. Die Antriebsmasse 6 hat eine Periode T durchlaufen und befindet sich wieder in ihrem linken Wendepunkt. Die Geschwindigkeit der Antriebsmasse 6 ist Null, wodurch auch keine Corioliskraft auftritt Sensormasse 5 und Antriebsmasse 6 befinden sich trotz ihres Ungleichgewichts in der dargestellten Lage bzgl. x- und y-Achse.
Aus den einzelnen Darstellungen der 2 ist zu entnehmen, dass während einer Periode T der Antriebsmasse 6, welche eine Frequenz f_d = 1/T aufweist, das Sensorelement 5 zusammen mit der Antriebsmasse 6 eine Frequenz f_s = 2f_d erfährt. Im Gegensatz zu der Beschleunigung gemäß 1, bei welcher die Antriebsfrequenz f_d gleich der Sensorfrequenz f_s ist, kann durch eine Auswertung der Frequenz f_s ermittelt werden, ob der Sensor linear beschleunigt oder um eine Achse gedreht wird. Ist die Sensorfrequenz f_s gleich der bekannten Antriebsfrequenz f_d, so handelt es sich um eine Beschleunigung des Sensors 1 (Beschleunigungsfrequenz), wohingehend bei einer Sensorfrequenz f_s, welche doppelt so groß wie die Antriebsfrequenz f_d ist, eine Drehbewegung des Sensors 1 (Drehratenfrequenz) vorliegt.
Ebenso wie in 2a) bis 2i), in denen eine Drehbewegung um die z-Achse dargestellt wurde, ist eine Auswertung ebenso für eine Drehbewegung des Sensors 1 um die y-Achse möglich. Hierdurch wird aufgrund der auftretenden Corioliskraft eine Drehbewegung der Sensormasse 5 und der Antriebsmasse 6 um die y-Achse erzeugt. Sensormasse 5 und Antriebsmasse 6 schwenken somit aus der Zeichenebene x-y um die y-Achse heraus. Entsprechende Sensorelemente erfassen die jeweiligen Bewegungen der Frequenz f_s um die z-Achse bzw. um die y-Achse und liefern entsprechende elektrische Signale, welche ausgewertet werden können.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Sensor 1 ist sehr ähnlich dem Sensor 1 der 1 und 2 aufgebaut. Unterschiedlich ist die Anordnung der Verbindungsfedern 7 an dem Sensorelement 5. Die Verbindungsfedern 7 sind an nur einem Punkt an dem Sensorelement 5 angeordnet. Dies soll verdeutlichen, dass für das Wirkprinzip der vorliegenden Erfindung die konkrete Ausgestaltung des Sensorelements nur von untergeordneter Bedeutung ist. Wesentlich ist, dass ein Ungleichgewicht bezüglich der Lagerung, hier dem Anker 3 erzeugt wird, welche eine Drehbewegung von Sensorelement 5 und Antriebselement 6 um diese Lagerung ermöglicht, wenn entsprechende Corioliskräfte oder Beschleunigungskräfte auftreten. In den 3a) ist die Antriebsmasse 6 in ihrem linken Wendepunkt dargestellt. 3b) zeigt die Antriebsmasse 6 in ihrer Mittelstellung und 3c) in ihrem rechten Wendepunkt. Die Wirkungsweise und die entsprechenden Reaktionen auf Beschleunigungen und Drehbewegungen des Sensors 1 entsprechen denen wie sie in 1 und 2 beschrieben sind.
In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Hierbei ist die Antriebsmasse 6 direkt mittels Ankerfedern 4 an dem Anker 3 befestigt. Die Ankerfedern 4 erlauben sowohl die Beweglichkeit der Antriebsmasse 6 in x-Richtung als auch eine Drehung um die y-Achse und die z-Achse. Bezüglich einer Drehung um die x-Achse oder eine Verschiebung in y- oder z-Richtung ist die Ankerfeder 4 jedoch steif ausgebildet.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel weist zwei Sensorelemente 5 auf. Die Sensorelemente 5 sind beidseitig der y-Achse bzw. des Ankers 3 angeordnet. Sie sind mittels Verbindungsfedern 7 mit der Antriebsmasse 6 verbunden. Die Verbindungsfedern 7 erlauben eine relative Beweglichkeit der Antriebsmasse 6 in x-Richtung. Das heißt, in x-Richtung sind die Verbindungsfedern 7 relativ welch bzw. mit einer kontrollierten Steifigkeit oder Nachgiebigkeit ausgebildet. Wird die Antriebsmasse 6 jedoch aufgrund auftretender Beschleunigungskräfte oder Corioliskräfte und eines entsprechenden Ungleichgewichts bzgl. des Ankers 3 um die z-Achse oder y-Achse gedreht, so weisen die Verbindungsfedern 7 eine entsprechende Steifigkeit auf, so dass die Sensormassen 5 zusammen mit der Antriebsmasse 6 in diese Richtung bewegt werden. Die Sensormassen 5 sind ihrerseits mittels Sensorfedern 8 und Sensoranker 9 auf dem Substrat 2 befestigt. Die Sensorfedern 8 sind derart ausgestaltet, dass sie in x-Richtung steif sind, eine Beweglichkeit der Sensormasse 5 um die y-Achse bzw. z-Achse jedoch zulassen.
Das Wirkprinzip des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist gleich dem Prinzip der oben genannten Ausführungsbeispiele. In 4a)–c) ist die oszillierende Bewegung der Antriebsmasse 6 dargestellt, wobei sie in 4a) in ihrem linken Wendepunkt, in 4b) in ihrer Mittelstellung und in 4c) in ihrem rechten Wendepunkt dargestellt ist. Eine Drehung um die y-Achse bzw. z-Achse, welche jeweils durch den Anker 3 verläuft, erfolgt in gleicher Weise wie in den 1 und 2 dargestellt. Es wird auch hier jeweils ein Ungleichgewicht links oder rechts vom Anker 3 erzeugt, wodurch Drehmomente entstehen, welche entsprechende Drehungen der Sensormassen 5 und Antriebsmasse 6 bewirken.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, welches in der Lage ist Beschleunigungen in x-, y- und z-Richtung sowie Drehbewegungen um die x-, y- oder z-Achse herum zu erfassen. Hierzu ist eine Sensormasse 5 mit zwei Antriebsmassen 6.1 und 6.2 verbunden. Die Sensormasse 5 ist auf dem Substrat 2 an einem viergeteilten Anker 3 mit Ankerfedern 4 befestigt. Anker 3 kann selbstverständlich auch anders als hier dargestellt, beispielsweise zweigeteilt oder auch einteilig ausgeführt sein. Es ist jedoch darauf zu achten, dass die Antriebsmasse 6.2 nicht daran gehindert ist eine Antriebsbewegung in y-Richtung durchzuführen. Sensormasse 5 und Antriebsmasse 6.1 sowie Verbindungsfedern 7.1 entsprechen im Wesentlichen dem Aufbau der Ausführung gemäß 1 und 2 sowie 3. Zusätzlich ist innerhalb der Sensormasse 5 eine weitere Antriebsmasse 6.2 angeordnet. Diese Antriebsmasse 6.2 ist mit der Sensormasse 5 mittels Verbindungsfedern 7.2 verbunden. Die Antriebsmasse 6.2 ist nicht wie die Antriebsmasse 6.1 in x-Richtung angetrieben, sondern vielmehr in y-Richtung. Die Antriebsmasse 6.2 erzeugt ein periodisch abwechselndes Ungleichgewicht auf der +y- und –y-Achse. Während die Sensormasse 5 und das Antriebselement 6.1 auf Beschleunigungen in y- und z-Richtung sowie auf Drehraten um die y- und z-Achse reagieren, bewirkt die Antriebsmasse 6.2 eine Reaktion auf Beschleunigungen in x-Richtung sowie Drehraten um die x-Achse. Hierbei werden zumindest die Sensormasse 5 und die Antriebsmasse 6.2 bei Beschleunigungen in x-Richtung mit gleicher Frequenz wie die Antriebsfrequenz der Antriebsmasse 6.2 gedreht. Bei einer Drehrate um die x-Achse erfolgt aufgrund der entsprechenden Ungleichgewichte und Corio liskräfte eine Drehbewegung um die z-Achse mit doppelter Antriebsfrequenz der Antriebsmasse 6.2.
6 zeigt schließlich eine weitere prinzipielle Darstellung eines Sensors 1 zur Erfassung von Beschleunigungen in x-, y und z-Richtung sowie Drehungen um die x-, y- und z-Achse. Hierbei sind um die Sensormasse 5 vier Antriebsmassen 6.1 und 6.2 angeordnet. Die Antriebsmassen 6.1 bewegen sich in x-Richtung, während die Antriebsmassen 6.2 in y-Richtung angetrieben werden. Ebenso wie zuvor beschrieben, entstehen jeweils Ungleichgewichte durch diese exzentrische Bewegung der Antriebsmassen 6.1 und 6.2. Die dabei entstehenden Drehmomente, welche bei einer Drehbewegung des Sensors 1 mit Corioliskräften überlagert werden und bei Beschleunigungen alleine wirken, erzeugen eine Drehung der Antriebsmassen 6.1 und 6.2 sowie der Sensormasse 5 um den Anker 3 mit unterschiedlichen Frequenzen. Diese unterschiedlichen Drehfrequenzen werden ausgewertet und weisen dann dabei auf eine entsprechende Drehrate oder Beschleunigung hin. Zur Erkennung und Unterscheidung der Reaktionen aus den Antriebsmassen 6.1 und 6.2 können die Antriebsmassen 6.1 und 6.2 mit unterschiedlichen Frequenzen oder Amplituden betrieben werden. Die entsprechende Beschleunigungs- bzw. Drehratenfrequenz ist dann ebenfalls unterschiedlich.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Kombinationen der dargestellten Ausführungen untereinander sowie andere Anordnungen der Sensormassen und Antriebsmassen sowie die Gestaltungen der Anker sind im Rahmen der Patentansprüche möglich. Ebenso kann der Sensor auch nur für die Anzeige einer einzigen Drehrichtung und Beschleunigungsrichtung Verwendung finden, wenn die Bewegungen der Sensormassen für die entsprechenden anderen Richtungen unterdrückt oder nicht gemessen werden.

1: Sensor
2: Substrat
3: Anker
4: Ankerfeder
5: Sensormasse
6: Antriebsmasse
7: Verbindungsfeder
8: Sensorfeder
9: Sensoranker

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- TW 286201 [0002]
- US 2008/0053228 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Erfassen von Beschleunigungen entlang und Drehraten um mindestens eine, vorzugsweise zwei von drei senkrecht aufeinanderstehende Raumachsen x, y und z mittels eines MEMS-Sensors (1), wobei – mindestens eine Antriebsmasse (6; 6.1, 6.2) und mindestens eine Sensormasse (5) auf einem Substrat (2) beweglich angeordnet werden und – die mindestens eine Antriebsmasse (6; 6.1, 6.2) relativ zu der mindestens einen Sensormasse (5) oszillierend mit einer Antriebsfrequenz bewegt wird und – Antriebsmasse/n (6; 6.1, 6.2) und Sensormasse/n (5) bei Auftreten einer äußeren Beschleunigung des Sensors (1) mit einer Beschleunigungsfrequenz und bei Auftreten einer äußeren Drehrate des Sensors (1) mit einer Drehratenfrequenz ausgelenkt werden und – Beschleunigungsfrequenz und Drehratenfrequenz unterschiedlich sind.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung einer dritten Beschleunigungsrichtung und einer dritten Drehrate mindestens eine Antriebsmasse (6; 6.1, 6.2) vorgesehen ist, welche in einer Richtung orthogonal zu der mindestens einen Antriebsmasse (6; 6.1, 6.2) der beiden ersten Richtungen bzw. Drehraten und relativ zu mindestens einer Sensormasse (5) mit einer Antriebsfrequenz oszillierend bewegt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Antriebsmasse/n (6; 6.1, 6.2) und Sensormasse/n (5) – bei Auftreten einer äußeren Beschleunigung des Sensors (1) mit einer Beschleunigungsfrequenz, welche gleich der Antriebsfrequenz ist, ausgelenkt werden und – bei Auftreten einer äußeren Drehrate des Sensors (1) mit einer Drehratenfrequenz, welche doppelt der Antriebsfrequenz ist, ausgelenkt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Antriebsmasse/n (6; 6.1, 6.2) und Sensormasse/n (5) bei der Beschleunigung des Sensors (1) aufgrund eines Drehmomentes ausgelenkt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Antriebsmasse/n (6; 6.1, 6.2) und Sensormasse/n (5) bei der Drehung des Sensors (1) aufgrund eines Drehmomentes und einer Corioliskraft ausgelenkt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Beschleunigungsfrequenz und Drehratenfrequenz proportional zu der aufgetretenen Beschleunigung und Drehrate sind und gemessen werden.
MEMS-Sensor zur Ermittlung von Beschleunigungen entlang und Rotationsbewegungen um mindestens eine, vorzugsweise zwei von drei senkrecht aufeinanderstehende Raumachsen x, y und z, – mit einem Substrat (2), – mit mindestens einer Antriebsmasse (6; 6.1, 6.2), welche beweglich und parallel zur Ebene des Substrats (2) in einer x-y-Ebene oszillierend angeordnet ist, – mit mindestens einer Sensormasse (5), – mit Verbindungsfedern (7) zum Verbinden der mindestens einen Antriebsmasse (6; 6.1, 6.2) mit der mindestens einen Sensormasse (5), und – mit mindestens einem Anker (3) und einer Ankerfeder (4) zum Verbinden der mindestens einen Antriebsmasse (6; 6.1, 6.2) und/oder der mindestens einen Sensormasse (5) mit dem Substrat, – mit Antriebselementen zum oszillierenden Antreiben der Antriebsmasse/n (6; 6.1, 6.2) mit einer Antriebsfrequenz relativ zu der mindestens einen Sensormasse (5) um sie bei einer Rotation des Substrats (2) um eine beliebige Raumachse Corioliskräften zu unterwerfen und – mit Sensorelementen zum Erfassen der Beschleunigungen und Rotationsbewegungen des Substrats (2), dadurch gekennzeichnet, – dass im Ruhezustand Antriebsmasse/n (6; 6.1, 6.2) und Sensormasse/n (5) mittels mindestens einem der Anker (3) ausgewogen auf dem Substrat (2) angeordnet sind und – dass im Antriebsmodus die Antriebsmasse/n (6; 6.1, 6.2) beim oszillierenden Schwingen um diesen mindestens einen Anker (3) ein Ungleichgewicht der Antriebsmasse/n (6; 6.1, 6.2) und der Sensormasse/n (5) bezüglich dieses mindestens einen Ankers (3) erzeugt/erzeugen und – dass die Sensorelemente Auslenkungen der Antriebs- und Sensormassen aufgrund erzeugter Drehmomente und Corioliskräfte mit einer Beschleunigungsfrequenz und/oder einer Drehratenfrequenz erfassen.
MEMS-Sensor nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Antriebsmasse (6; 6.1, 6.2) entlang einer Achse oszillierend antreibbar ist.
MEMS-Sensor nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung einer dritten Beschleunigungsrichtung und einer dritten Drehrate mindestens eine Antriebsmasse (6; 6.1, 6.2) vorgesehen ist, welche in einer Richtung orthogonal zu der mindestens einen Antriebsmasse (6; 6.1, 6.2) der beiden ersten Richtungen bzw. Drehraten und relativ zu mindestens einer Sensormasse (5) mit Antriebselementen oszillierend antreibbar ist.
MEMS-Sensor nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Anker (3) ein Zentralanker ist.
MEMS-Sensor nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Zentralanker (3) die mindestens eine Sensormasse (5) angeordnet ist.
MEMS-Sensor nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sensormasse (5) um eine Achse, insbesondere um den Zentralanker (3) dreh- und schwenkbar ist.
MEMS-Sensor nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Antriebsmasse (6; 6.1, 6.2) um eine Achse, insbesondere um den Zentralanker (3) dreh- und schwenkbar ist.
MEMS-Sensor nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsfedern (7) zwischen Antriebsmasse/n (6; 6.1, 6.2) und Sensormasse/n (5) eine Beweglichkeit der Antriebsmasse/n (6; 6.1, 6.2) in Achsrichtung erlauben.
MEMS-Sensor nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens einen Sensormasse (5) und/oder der mindestens einen Antriebsmasse (6; 6.1, 6.2) Sensorelemente zugeordnet sind, welche mit Sensorelementen des Substrats (2) korrespondieren.
MEMS-Sensor nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Sensor (1) eine Auswerteeinheit zugeordnet ist um zwischen einer Beschleunigungsfrequenz und einer Drehratenfrequenz zu unterscheiden.