环境传感器和用于运行环境传感器的方法与流程

    技术2025-11-16  2


    本发明涉及一种环境传感器。另外,本发明涉及一种用于运行环境传感器的方法。此外,本发明涉及一种计算机程序产品。


    背景技术:

    1、压力传感器暴露于外部环境,因此,液体可以与所述压力传感器接触。这会导致由于通过液体本身的存在而产生的质量增加所引起的在压力测量值方面的偏移。

    2、已知在如下传感器的情况下的自测试:在所述传感器中,借助mems元件的激励执行随后的对测量值的核查。

    3、wo 2020/023414a1公开一种用于在传感器环境中进行液体探测的方法和用于移除探测到的液体的措施。已公开在凝胶填充的传感器内部上的电容式水探测。

    4、us10 640 367b2、us2004/0108861a1和us2019/0383688a1公开具有电容式电极的传感器,借助于此可以基于环境的被改变的介电常数探测沉积的液滴。

    5、us2020/0064215a1将前述方案结合,其方式是,通过电容器实现水探测并且使用加热元件来使水滴在完成探测之后蒸发。


    技术实现思路

    1、本发明的任务在于,提供一种改进的环境传感器。

    2、根据第一方面,该任务借助一种环境传感器解决,该环境传感器具有:

    3、mems元件(mems:microelectromechanical system,微机电系统);

    4、asic元件(asic:application-specific integrated circuit,专用集成电路),该asic元件借助至少两个键合引线与mems元件电连接,其中,该asic元件具有分析处理电路,该分析处理电路构造为用于,对附接到mems元件的焊盘上的至少两个键合引线之间的寄生电容进行求取和分析处理,以便检测在环境传感器上的材料沉积。

    5、在环境传感器的情况下,通过借助asic元件的分析处理电路在使用与分析处理电路电连接的键合引线的情况下进行电容测量,可以求取寄生电容,通过该寄生电容可以探测到材料沉积的存在。有利地,可以利用环境传感器的已经存在的键合引线,由此可以节省空间和面积。通过这种方式可以求取在环境传感器上或在该环境传感器的mems元件上的材料沉积的存在,该材料沉积例如呈液体、盐结壳(salzkruste)等形式。在此,充分利用在环境传感器上的由于材料沉积而发生变化的电容率,这可以伴随着寄生电容的变化。分析处理软件可以例如在asic元件中固定布线,借助该分析处理软件可以执行例如所提出的环境传感器的自测试,以便确定其功能能力。

    6、根据第二方面,该任务借助一种用于运行环境传感器的方法解决,其中,该环境传感器具有mems元件,该mems元件具有第一焊盘和第二焊盘,其中,第一键合引线附接到所述第一焊盘上,第二键合引线附接到所述第二焊盘上,所述方法具有下述步骤:

    7、将电操控信号施加到第一键合引线上,其中,第一键合引线与第二键合引线电容式耦合;

    8、求取构造在键合引线之间的寄生电容;

    9、对求取出的寄生电容进行分析处理;

    10、将该分析处理的结果信号化。

    11、所提出的方法可以在生产中或者在现场使用,其中,在故障情况下更换该环境传感器(例如在汽车领域中的碰撞传感器),以便由此避免间接损失。

    12、根据第三方面,该任务借助一种计算机程序产品解决,该计算机程序产品具有程序代码单元,所述程序代码单元设立为用于,当该计算机程序产品在所提出的环境传感器上运行或者存储在计算机可读的数据载体上时,执行所提出的方法。

    13、所提出的环境传感器的和所提出的方法的有利扩展方案是从属权利要求的主题。

    14、mems元件可以具有传感器结构或传感器电路。这可以包括例如电容式惠斯通桥式电路。

    15、在通过asic元件的分析处理电路执行的分析处理方面,存在如下可能性:根据在一个时间点求取到的寄生电容或根据相关的测量值和/或根据在一段持续时间内求取到的寄生电容或根据多个相关的测量值,执行对材料沉积的检测。该持续时间可以是预给定的持续时间。就后一种变型而言,可以基于求取到的寄生电容的在时间上的变化实现对材料沉积的检测。如果例如在相对短的持续时间中出现明显的电容变化,则可以识别到材料沉积。相反,在较长的时间段(例如几年)内发生的变化,例如由于老化效应导致的变化,不能够被归类为存在材料沉积。

    16、该环境传感器的一种有利的扩展方案设置,该mems元件的焊盘中的如下焊盘在功能上不连接在mems元件上:用于求取寄生电容的键合引线附接到所述焊盘上。

    17、该环境传感器的另一种有利的扩展方案设置,该mems元件的如下两个焊盘在功能上不连接在mems元件上:用于求取寄生电容的键合引线分别附接到所述两个焊盘上。

    18、就mems元件具有至少一个在功能上不连接在mems元件上的焊盘的上述构型而言,所涉及的焊盘可以是不继续电连接的或电绝缘的焊盘,并且也可以被称为虚设附接端(blindanschluss)。这样的焊盘可以不与mems元件的传感器结构或传感器电路电连接。相应地,附接到这样的焊盘上的键合引线可以是在mems元件上打开的键合引线,并且也可以被称为虚设线路(blindleitung)或者虚设引线(blinddraht)。这样的键合引线可以不与mems元件的传感器结构或传感器电路电连接或也不与地或接地电位电连接。

    19、该环境传感器的另一种有利的扩展方案设置,该mems元件的如下两个焊盘在功能上连接在mems元件上:用于求取寄生电容的键合引线分别附接到所述两个焊盘上。这些焊盘可以继续电连接在mems元件上,并且可以与mems元件的至少一个部件(例如传感器结构或传感器电路)或者也可以与接地电位电连接。在此,焊盘可以是传感器结构的或传感器电路的附接焊盘。有利地,通过这种方式使用已经存在的结构。因此,用于实现所提出的环境传感器的开销被优化。这例如适合下述构型。

    20、该环境传感器的另一种有利的扩展方案设置,该mems元件的如下两个焊盘是mems元件的电容式惠斯通桥式电路的附接焊盘:用于求取寄生电容的键合引线分别附接到所述两个焊盘上。在此,分析处理电路构造为用于,通过涉及电容式惠斯通桥式电路的参考电容的电容测量求取寄生电容。在该构型中,可以利用用于该惠斯通桥式电路的驱动信号来求取寄生电容。该驱动信号可以由分析处理电路产生并且被施加到用于电容求取的两个键合引线中的一个键合引线上。在此,另外可以充分利用如下情况:可以存在于两个键合引线之间的寄生电容可以以与桥式电路的参考电容并联连接的电容的形式存在。因此,在通过分析处理电路执行的电容测量的情况下,可以求取作为由固定参考电容和寄生电容组成的和的总电容,由此可以推断出寄生电容。因此,总电容的求取代表寄生电容的求取。根据上述实施方案,根据在一个时间点求取到的总电容或根据相关的测量值和/或根据在一段持续时间内求取到的总电容(即该总电容的在时间上的变化)或根据多个相关的测量值,可以实现对材料沉积的检测。

    21、该环境传感器的另外的有利的扩展方案设置,桥式电路是全桥式电路或者半桥式电路。

    22、该环境传感器的另一种有利的扩展方案设置,分析处理电路构造为用于,借助限定的电容值确定在环境传感器上完全不存在材料沉积。这可以根据将求取到的寄生电容或相关的测量值与限定的电容值进行比较来实现。限定的电容值可以是事先已知的比较值或者阈值。

    23、此外,该分析处理电路可以构造为用于,不仅在使用一个比较值或阈值的情况下、还在使用多个比较值或阈值的情况下执行比较。这些比较值或阈值可以涉及不同的材料。通过这种方式存在如下可能性:识别不同的材料沉积。

    24、该环境传感器的另一种有利的扩展方案设置,环境传感器此外具有信号化装置,借助该信号化装置能够将材料沉积的存在信号化。因此,环境传感器的用户可以通过简单的方式识别,环境传感器在其正常功能方面是否被妨碍。该信号化装置可以通过asic元件的分析处理电路激活。该信号化可以例如以光学、声学和/或触觉的方式实现。

    25、该环境传感器的另一种有利的扩展方案设置,该分析处理电路构造为用于,在识别到液体时激活用于移除液体的装置。例如,在这种情况下,可以激活加热器、鼓风机或者类似物。

    26、该环境传感器的另一种有利的扩展方案设置,环境传感器是下述传感器中的至少一种传感器:液体传感器、压力传感器、气体传感器、湿度传感器、麦克风。通过有利的方式可以以各种各样的形式实现所提出的环境传感器。

    27、在所提出的方法方面,该信号化可以以光学、声学和/或触觉的方式实现。为此,可以激活该环境传感器的信号化装置。

    28、此外,存在如下可能性:在限定的时间点和/或循环地执行所述方法或至少如下步骤:施加电操控信号、求取寄生电容和分析处理。


    技术特征:

    1.环境传感器(100),所述环境传感器具有:

    2.根据权利要求1所述的环境传感器(100),其中,所述mems元件(10)的焊盘中的如下焊盘(3b)在功能上不连接在所述mems元件(10)上:用于求取所述寄生电容(cp)的键合引线(2b)附接到所述焊盘上。

    3.根据权利要求1所述的环境传感器(100),其中,所述mems元件(10)的如下两个焊盘(3a、3b)在功能上不连接在所述mems元件(10)上:用于求取所述寄生电容(cp)的键合引线(2a、2b)分别附接到所述两个焊盘上。

    4.根据权利要求1所述的环境传感器(100),其中,所述mems元件(10)的如下两个焊盘(3a、3b)在功能上连接在所述mems元件(10)上:用于求取所述寄生电容(cp)的键合引线(2a、2b)分别附接到所述两个焊盘上。

    5.根据权利要求1或者4中任一项所述的环境传感器(100),其中,所述mems元件(10)的如下两个焊盘(3a、3b)是所述mems元件(10)的电容式惠斯通桥式电路(22)的附接焊盘:用于求取所述寄生电容(cp)的键合引线(2a、2b)分别附接到所述两个焊盘上,并且其中,所述分析处理电路(40、50、60)构造为用于,通过涉及所述电容式惠斯通桥式电路(22)的参考电容(cr1)的电容测量求取所述寄生电容(cp)。

    6.根据权利要求5所述的环境传感器(100),其中,所述桥式电路是全桥式电路或者半桥式电路。

    7.根据上述权利要求中任一项所述的环境传感器(100),其中,所述分析处理电路(40、50、60)构造为用于,借助限定的电容值确定在所述环境传感器(100)上完全不存在材料沉积。

    8.根据上述权利要求中任一项所述的环境传感器(100),其中,所述环境传感器(100)此外具有信号化装置,借助所述信号化装置能够将材料沉积的存在信号化。

    9.根据上述权利要求中任一项所述的环境传感器(100),其中,所述分析处理电路(40、50、60)构造为用于,在识别到液体时激活用于移除液体的装置。

    10.根据上述权利要求中任一项所述的环境传感器(100),其中,所述环境传感器(100)是下述传感器中的至少一种传感器:液体传感器、压力传感器、气体传感器、湿度传感器、麦克风。

    11.用于运行环境传感器(100)的方法,其中,所述环境传感器(100)具有mems元件(10),所述mems元件具有第一焊盘(3a)和第二焊盘(3b),其中,第一键合引线(2a)附接到所述第一焊盘(3a)上,第二键合引线(2b)附接到所述第二焊盘(3b)上,所述方法具有下述步骤:

    12.根据权利要求11所述的方法,其中,在限定的时间点和/或循环地执行至少如下步骤:施加所述电操控信号、求取所述寄生电容和分析处理。

    13.计算机程序,所述计算机程序具有程序代码单元,所述程序代码单元设立为用于,当所述计算机程序在环境传感器(100)的asic元件(20)上运行或者存储在计算机可读的数据载体上时,执行根据权利要求11或者12所述的方法。


    技术总结
    一种环境传感器(100),所述环境传感器具有:MEMS元件(10);ASIC元件(20),所述ASIC元件借助至少两个键合引线(2a、2b)与所述MEMS元件(10)电连接,其中,所述ASIC元件(20)具有分析处理电路(40、50、60),所述分析处理电路构造为用于,对附接到所述MEMS元件(10)的焊盘(3a、3b)上的至少两个键合引线(2a、2b)之间的寄生电容(C<subgt;p</subgt;)进行求取和分析处理,以便检测在所述环境传感器(100)上的材料沉积。

    技术研发人员:D·斯洛格斯纳特,M·穆萨奇,J·克罗伊策,M·S·桑托罗,D·坦格雷迪
    受保护的技术使用者:罗伯特·博世有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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