Die Entwicklung, Herstellung und Charakterisierung eines mikromechanischen Gyrometers werden vorgestellt. Auf Grund einer Analyse der bekannten Gyrometerprinzipien wird als Funktionsprinzip für dieses Gyrometer die Coriolis-Kraft gewählt. Die an das Gyrometer gestellten Anforderungen sind eine Auflösung von 0,1 Grad/s bei einer Bandbreite von 30 Hz, ein Arbeitstemperaturbereich von -40 Grad C bis +85 Grad C, eine Lebensdauer von mindestens 3000 Betriebsstunden und eine Betriebsspannung von höchstens 24 V. Die Anwendungsgebiete der Gyrometer liegen im Kfz-Bereich bei der Fahrdynamikregelung, der Airbagauslösung und den Autopilotsystemen. Bei Videokameras und Photoobjektiven werden sie zur Bildstabilisierung eingesetzt. In der Robotik erhöhen die Gyrometer die Positioniergenauigkeit, und in der Medizin dienen sie zur Diagnostik von Erkrankungen des Gleichgewichtssinns. Der Entwicklung des Gyrometers liegt eine Analyse der kritischen Prozeßparameter für die Detektorspalte und die Auslegung des Sensors (intrinsische Güte des Ni) zugrunde. Die Kompensation der Linearbeschleunigungen erfolgt durch einen separaten Beschleunigungsmesser. Die Optimierung der Statik des Sensorrahmens gelingt mit Hilfe von Finite-Element-Simulationen der Resonanzfrequenzen des Gyrometers und der Eigenfrequenzen von Störmoden. Eine Optimierung von Teilschritten des Opferschichtprozesses führt zu einer Steigerung der Substratausbeute auf 30 %. Der erforderliche Vakuumdruck von maximal 0,4 mbar wird durch ein vakuumdichtes Gehäuse sichergestellt. Gemessen werden die Linearität, die Bandbreite, die Auflösung, die Drift und die Temperaturabhängigkeit (TA) des Offsets und der Steilheit sowie die Empfindlichkeit des Offsets auf Linearbeschleunigungen. Die Werte zur TA der Steilheit sind sehr gut. Bei der niedrigen Resonanzfrequenz von 600 Hz wird eine Auflösung von 0,04 Grad/s bei einer Bandbreite von 27 Hz erreicht. Wegen des geringen Linearfehlers des Sensors von unter (+/-0.05) % eignet sich dieser gut zur Bestimmung von Verfahrwinkeln. Für eine weitere Optimierung des Gyrometers besteht noch ein erhebliches Potential.


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    Titel :

    Design, Herstellung und Charakterisierung eines mikromechanischen Gyrometers auf der Basis der LIGA-Technik


    Beteiligte:
    Schumacher, K. (Autor:in) / Wallrabe, U. (Autor:in) / Mohr, J. (Autor:in)


    Erscheinungsdatum :

    1999


    Format / Umfang :

    110 Seiten, Bilder, Tabellen, 50 Quellen



    Medientyp :

    Report


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch