Kapitel 6 B

Question 1

Benennen Sie typische Anwendungen von Beschleunigungssensoren in der Automobiltechnik?

Answer 1

Auslösung von Gurtstraffern, Überrollbügel, Airbags

Question 2

Zeichnen Sie einen Querschnitt durch einen piezoresistiven

B-Sensorchip und benennen Sie die wesentlichen Funktionselemente.

Answer 2

Siehe Foto

• Abdeckungen für Überlastschutz
• Dämpfungsgruben
  
  • > Tiefe der Ätzgruben in den Deckwafern und der Druck des eingeschlossenen Gases bestimmen das Dämpfungsverhalten des Sensors.

1. Biegebalken mit integriertem PiezoWiderstand
2. Seismische Masse
   - > Bestimmen Empfindlichkeit und Grenzfrequenz

Question 3

Zeichnen Sie die Aufsicht und einen Querschnitt durch einen kapazitiven B-Sensorchip und benennen Sie die wesentlichen Funktionselemente.

Answer 3

Siehe Foto.

Elektrostatische Fesselung.
Durch Vermeidung von Auslenkung treten keine nicht-linearen Effekte auf.

Trägheitskräfte deformieren Mikrostruktur -> Nachweis der entstehenden Kapazitätsänderung

Question 4

Funktionsprinzip von Beschleunigungssensoren

Beschreiben Sie in abstrakter Form das Funktionsprinzip eines Beschleunigungssensors

Answer 4

Beschleunigungssensoren sind kritisch gedämpfte Feder-Masse-Systeme

Auf von außen ein wirkende Beschleunigungen reagieren die Sensoren mit der Auslegung einer seismischen Masse M. Die Auslenkung dieser Masse wird mithilfe kapazitiver, piezo-elektrischer oder piezo-resistiver Effekte in ein elektrisches Ausgangssignal gewandelt.

Optimales Verhalten: x(t) ~ a(t)

Question 5

Funktionsprinzip von Beschleunigungssensoren

Wie beeinflussen die Parameter seismische Masse und Federkonstante die Empfindlichkeit eines B-Sensors?

Answer 5

Grenzfrequenz:
Omega Null = Wurzel (K/M)

Empfindlichkeit:
Sa = M/K

-> bestimmen die Empfindlichkeit und die Grenzfrequenz

Question 6

Funktionsprinzip von Beschleunigungssensoren

Welche Rolle spielt die Bedämpfung?

Answer 6

Die kritische Dämpfung sorgt für ein optimales Verhalten des Systems: x(t) ~ a(t)

Kritische Dämpfung bei:
|Delta| = 2* OmegaNull

(Dämpfung = 2*Grenzfrequenz)

Question 7

Funktionsprinzip von Beschleunigungssensoren

Welche Trade-offs bestehen zwischen Empfindlichkeit und Frequenzverhalten?

Answer 7

Große seismische Massen und kleine Federkonstanten:
-> hohe Empfindlichkeit

Kleine seismische Massen und hohe Federkonstanten:
-> hohe Zeitauflösung

-> Kompromisse zwischen Empfindlichkeit und Zeitauflösung..