Entwurf einer Sensorkomponente eines elektromagnetisch angetriebenen Drehratensensors mit elektronischer Amplitudenstabilisierung

by Michael Krumm

Das Institut für Mikrosensoren, -aktuatoren und Systeme IMSAS beschäftigt sich unter anderem mit der Entwicklung von Drehratensensoren, deren Strukturen Abmessungen im mü-m Bereich haben. Drehratensensoren (Gyroskope) dienen durch die Messung von Winkelgeschwindigkeiten der Stabilisierung von Systemen und finden neben dem KFZ-Bereich und der Medizintechnik unter anderem Anwendung bei der Steuerung von Navigationssystemen. Die Antriebsstrukturen werden über eindimensionale Resonatoren realisiert, die zur Nachbildung der Antriebsmoden von Drehratensensoren herangezogen werden, um eventuelle Quereinflüsse infolge der komplexen Strukturen zu eleminieren. Für die Funktion von mikromechanischen Drehratensensoren ist eine exakte Referenzbewegung der seismischen Masse von entscheidender Bedeutung, da die Amplitude der Referenzbewegung linear in das Nutzsignal des Sensors eingeht und bei geringer Antriebsenergie des Schwingers für eine hohe Auflösung möglichst groß sein muss. Die seismische Masse kann durch Nutzung der Lorentz-Kraft elektromagnetisch ausgelenkt und in Schwingung versetzt werden. Zur Kompensation von Störungen, die auf das mechanische System wirken, ist eine elektronische Amplitudenstabilisation erforderlich. Ziel dieser Arbeit ist es, eine Komponente eines mikromechanischen Drehratensensors zu realisieren. Die Komponente setzt sich aus einem elektromagnetisch anzutreibenden, lateral schwingenden Resonator und einer Auswerteelektronik mit anschließender Amplitudenstabilisierung der seismischen Masse zusammen. Zur Erstellung des Gesamtkonzeptes muss eine Evaluation der Stabilitätskriterien der Sensorkomponente unter Einbeziehung der bei der Fertigung der mechanischen Struktur auftretenden Toleranzen durchgeführt werden. Basierend auf dem von der Bosch Foundry EUROPRACTICE angebotenen Poly-Silizium Prozess ist ein Design für einen mikromechanischen Resonator zu entwerfen, der eine variable Schnittstelle zur diskret aufzubauenden Ausw

172 pages, Paperback

First published December 14, 2000