Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zum Messen einer Beschleunigung, mit einer hohen Stabilität eines Bias der Messvorrichtung.

In verschiedenen Anwendungen kommen elektrische Beschleunigungssensoren zum Messen von Beschleunigungen zum Einsatz. Dabei wird häufig eine Massen komponente mittels Federelementen über einem Substrat gelagert, deren Auslen kung bei einer anliegenden Beschleunigung gemessen wird. Zusätzlich zu den von den Federelementen ausgeübten Kräften können auch verschiedene elektrostati sche Kräfte auf die Sensormasse wirken. Insbesondere können neben der für das Ansteuern der Sensormasse und / oder Auslesen der wirkenden Beschleunigung nötigen Elektroden auch sogenannte Trimmelektroden vorhanden sein, die durch Einstellung der zwischen den Trimmelektroden anliegenden Spannung dazu die nen, die effektive Federkonstante des Systems zu beeinflussen. So kann durch die Trimmelektroden eine elektrostatische Kraft auf die Sensormasse ausgeübt wer den, die der Federkraft entgegenwirkt und diese in erster Näherung (d.h. für klei ne Auslenkungen der Sensormasse) kompensiert. Die Bewegung der Sensormasse verläuft dann so , als wäre effektiv keine rückstellende Feder vorhanden.

Aufgrund von Fertigungstoleranzen, Alterung oder Umwelteinflüssen wie etwa Temperaturschwankungen können die jeweiligen Subsysteme , die die verschiede nen auf die Sensormasse wirkenden Kräfte bewirken, unterschiedliche kräftefreie Lagen aufweisen. So kann z.B . die Auslenkung der Sensormasse , für die keine Federkraft auftritt, sich von der Auslenkung unterscheiden, für die von den Trimmelektroden und / oder den Ansteuer- /Ausleseelektroden keine elektrostati schen Kräfte ausgeübt werden. Dadurch kann es beim Betrieb des Beschleuni gungssensors zu einer Vorspannung der Federelemente kommen, die von den An steuer- /Ausleseelektroden wahrgenommen wird und die das Messergebnis verfäl schen kann. Dieser Bias der Messung muss für korrekte Ergebnisse korrigiert werden.

Es ist deshalb einerseits vorteilhaft, einen Beschleunigungssensor derart zu be treiben, dass ein Arbeitspunkt der Sensormasse , d.h. die Auslenkung der Sensor masse während des Betriebs , möglichst symmetrisch zum Aufbau der übrigen Sensorkomponenten ist, um den Bias zu reduzieren. Zudem ist es erstrebenswert, dass der Bias über längere Zeiträume konstant bleibt, um eine laufende Anpas sung der durch den Bias notwendigen Korrekturen zu vermeiden. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist deshalb, einen Beschleunigungssensor sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb anzugeben, die es ermöglichen, den Be schleunigungssensor an einem Arbeitspunkt zu betreiben, an dem der Bias mög lichst gering und möglichst stabil ist.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Ein Beschleunigungssensor kann eine Sensormasse , die mittels Federelementen entlang einer Bewegungsachse beweglich über einem Substrat gelagert ist, erste Trimmelektroden, die mit der Sensormasse verbunden sind, und Sensorelektro den aufweisen, die mit der Sensormasse verbunden sind. Der Beschleunigungs sensor kann zudem zweite Trimmelektroden, die mit dem Substrat verbunden sind und den ersten Trimmelektroden zugeordnet sind, und Detektionselektroden auf weisen, die mit dem Substrat verbunden und die den Sensorelektroden zugeordnet sind. Hierbei sind die Sensorelektroden und die Detektionselektroden geeignet, die Sensormasse entlang der Bewegungsachse auszulenken und die Auslenkung und eine erste elektrostatische Kraft zu messen, die von den Sensorelektroden und den Detektionselektroden auf die Sensormasse ausgeübt wird. Durch die Fe derelemente wird bei Auslenkung der Sensormasse entlang der Bewegungsachse eine Federkraft auf die Sensormasse erzeugt. Durch Anlegen einer elektrischen Trimmspannung zwischen den ersten Trimmelektroden und den zweiten Trim melektroden wird eine zweite elektrostatische Kraft auf die Sensormasse erzeugt. Durch die Sensorelektroden und die Detektionselektroden wird für zumindest zwei verschiedene Trimmspannungen ein Zusammenhang zwischen der ersten elektro statischen Kraft und der Auslenkung der Sensormasse bestimmt und daraus ein neutraler Punkt für die Auslenkung bestimmt, in der für die verschiedenen Trimmspannungen die jeweiligen ersten elektrostatischen Kräfte gleich sind. Die Auslenkung der Sensormasse wird dann von den Sensorelektroden und den De tektionselektroden bezüglich des neutralen Punkts eingestellt.

Die Sensormasse erfährt in einem derartigen Beschleunigungssensor drei Arten von Kräften. Über die Federelemente wirkt eine rückstellende Federkraft auf die Sensormasse . Die für das Ansteuern der Sensormasse und / oder Auslesen der wir kenden Beschleunigung vorgesehenen Sensor- und Detektionselektroden erzeugen eine erste elektrostatische Kraft, während die Trimmelektroden eine zweite elekt rostatische Kraft erzeugen. Hierbei können die Auswirkungen der Federkraft und der zweiten elektrostatischen Kraft kombiniert als effektive Federkraft betrachtet werden, der die erste elektrostatische Kraft, die von dem Sensor ausgelesen wird, für eine Ruhelage der Sensormasse gleich sein muss . Durch Variation der Trimmspannung, die zur zweiten elektrostatischen Kraft führt, ändert sich die Stärke dieser effektiven Federkraft. Die Variation der Trimmspannung führt deshalb in erster Ordnung, d.h. für kleine Auslenkungen, zu einer Variation der effektiv wahrgenommenen Federkonstante des kombinierten Systems aus Federelementen und Trimmelektroden.

Für eine bestimmte Trimmspannung, d.h. für eine bestimmte effektive Federkon stante , wird die Abhängigkeit der ersten elektrostatischen Kraft, d.h. der von den Detektionselektroden des Beschleunigungssensors detektierten Kraft, auf die Sen sormasse, von der Auslenkung der Sensormasse bestimmt. Es wird also gemessen, welche Kraft zu welcher Auslenkung führt. Für kleine Auslenkungen um den me chanischen Ruhepunkt des Systems Federelemente-Sensormasse hat dieser Zu sammenhang die Form einer Geraden, deren Steigung der effektiven Federkon stante entspricht.

Ändert man nun die Trimmspannung und führt die Messung des Zusammenhangs von effektiv gemessener Kraft und Auslenkung erneut durch, erhält man eine wei tere Gerade mit einer anderen Steigung. Am Kreuzungspunkt der beiden Geraden liegt für die verschiedenen Trimmspannungen bei gleicher Auslenkung die gleiche zweite elektrostatische Kraft an. Tatsächlich schneiden sich in erster Näherung, d.h. für Auslenkungen in denen die von den Trimmelektroden erzeugte zweite elektrostatische Kraft linear mit der Auslenkung variiert, sämtliche für verschie dene Trimmspannungen bestimmten Geraden in einem einzelnen Punkt, der im Folgenden mit„neutraler Punkt“ bezeichnet werden soll.

Dieser neutrale Punkt ist gegenüber Schwankungen in der angelegten Trimm spannung stabil, da derartige Schwankungen die auf die Sensormasse wirkende Kraft nicht beeinflussen. Ein im neutralen Punkt vorhandener Bias ist also ge genüber die Trimmelektroden betreffende Veränderungen stabilisiert.

Zudem ist der Bias im neutralen Punkt besonders gering, da die Sensormasse symmetrisch zur Sensorstruktur liegt. Dies lässt sich wie folgt verstehen. Be zeichnet man die Federkraft mit Ff, die erste elektrostatische Kraft mit Fd und die von den Trimmelektroden erzeugte zweite elektrostatische Kraft mit Ft, so gilt im Kräftegleichgewicht:

Fd = - Ff - Ft Am neutralen Punkt n gilt entsprechend der Definition des neutralen Punkts , dass für verschiedene Trimmspannungen U l und U2 die erste elektrostatische Kraft gleich sein muss . Zudem hat die Sensormasse am neutralen Punkt eine bestimmte Auslenkung„n“. Die von den Federelementen ausgeübte Kraft ist deshalb im neut ralen Punkt für verschiedene Trimmspannungen ebenfalls gleich. Daraus folgt, dass auch die zweite elektrostatische Kraft für verschiedene Trimmspannungen gleich sein muss :

Fd(U l ,n) = Fd(U2 , n) ; Ff(U l ,n) = Ff(U2 ,n) ; =i> Ft(U l , n) = Ft(U2 ,n)

Damit muss die Sensormasse im neutralen Punkt bezüglich der Trimmelektroden symmetrisch liegen, da ansonsten die Bedingung Ft(U l , n) = Ft(U2 , n) nicht erfüllt sein kann. Sind die Trimmelektroden z.B . als Paarungen von Plattenkondensato ren angeordnet, so folgt sogar, dass die zweite elektrostatische Kraft am neutralen Punkt gleich null ist, da sich aufgrund der symmetrischen Anordnung alle Kräfte aufheben.

Es ist also möglich, den Beschleunigungssensor mit kleinem und relativ stabilem Bias zu betreiben, sobald die Sensormasse in eine dem neutralen Punkt benach barte Ausgangs läge oder sogar in den neutralen Punkt gebracht wurde .

Nach dem derartigen Einstellen der Auslenkung bezüglich des neutralen Punkts kann die Trimmspannung derart eingestellt werden, dass die zweite elektrostati sche Kraft die Federkraft teilweise oder vollständig kompensiert. Der Zusammen hang zwischen der ersten elektrostatische Kraft und der Auslenkung wird in die sem Fall einer Waagrechten angenähert, d.h. für alle Auslenkungen tritt im We sentlichen die gleiche effektive Kraft auf. Eine kleine Änderung der Position aus dem neutralen Punkt heraus führt also ebenso wie eine Änderung der Trimm spannung nur zu einer vernachlässigbaren Änderung der von den Sensor- und Detektionselektroden gemessenen Kraft und hierdurch des Bias . Die Stabilität des Bias wird also weiter erhöht.

Die Sensorelektroden und die Detektionselektroden können in erste Paarungen von Sensorelektroden und Detektionselektroden und zweite Paarungen von Senso relektroden und Detektionselektroden aufgeteilt sein. Hierbei können die ersten Paarungen und die zweiten Paarungen entlang der Bewegungsachse an verschie denen Positionen angeordnet sein und eine vorgegebene Spannung kann mit ei nem Tastverhältnis abwechselnd an die Sensorelektroden und Detektionselektro den der ersten Paarungen und die Sensorelektroden und Detektionselektroden der zweiten Paarungen angelegt werden. Durch die Änderung des Tastverhältnisses kann dann die erste elektrostatische Kraft geändert werden.

Durch die räumliche Auftrennung der Sensor- und Detektionselektroden entlang der Bewegungsachse lässt sich die erste elektrostatische Kraft durch den Wechsel des Anlegens einer einzelnen konstanten Spannung an die räumlich getrennten Elektrodenpaarungen variieren. Liegt das Tastverhältnis z.B . bei gleich ausgestal teten ersten und zweiten Elektrodenpaarungen bei 50 / 50 , so wirkt keine erste elektrostatische Kraft. Bei einer Änderung des Tastverhältnisses in die eine Rich tung, z.B . auf 70 / 30 , wird sich eine erste elektrostatische Kraft in die eine Rich tung der Bewegungsachse ausbilden, während bei Änderung in die andere Rich tung, z.B . auf 30 / 70 , die elektrostatische Kraft in die entgegengesetzte Richtung wirkt. Die Stärke der Kraft lässt sich also über die Anzahl der Beaufschlagung der einen Paarungen gegenüber der Beaufschlagung gegenüber den anderen Paarun gen in einer bestimmten Zeiteinheit einstellen. Im Prinzip ermöglicht dies auch einen unsymmetrischen Aufbau der Paarungen, da sich stets ein Tastverhältnis finden lässt, für das sich eine gemittelte Kräftefreiheit einstellt. Es ist also mög lich, die effektive bzw. zweite elektrostatische Kraft in einfacher Weise unter Ver wendung einer einzigen vorgegebenen Spannung zu variieren, wodurch sich das Auffinden des neutralen Punkts vereinfacht.

Während die vorgegebene Spannung an die jeweiligen Sensorelektroden und De tektionselektroden angelegt ist, kann eine Kapazität der von den Sensorelektroden und Detektionselektroden gebildeten Kondensatoren bestimmt werden und die Auslenkung der Sensormasse kann über einen Kapazitätsunterschied zwischen den ersten Paarungen von Sensorelektroden und Detektionselektroden und den zweiten Paarungen von Sensorelektroden und Detektionselektroden bestimmt werden.

Der Zusammenhang zwischen der ersten elektrostatischen Kraft und der Auslen kung kann über den Zusammenhang zwischen dem anliegenden Tastverhältnis und dem Kapazitätsunterschied bestimmt werden.

Bei Anlegen der vorgegebenen Spannung an die jeweiligen Paarungen von Sensor- und Detektionselektroden kann der Zufluss von Ladung auf den von diesen Elekt roden gebildeten Kondensator gemessen werden, z.B . über einen entsprechenden Verstärker. Da die angelegte Spannung bekannt ist, kann daraus die Gesamtka pazität der mit Spannung beaufschlagten Elektroden bestimmt werden. Da die Kapazität von der Entfernung der Elektroden voneinander abhängt, ist der Unter- schied der Gesamtkapazitäten der beiden Paarungsgruppen ein Maß für die Aus - lenkung der Sensormasse . Eine entsprechende Kalibrierung erlaubt es also , aus der Messung der Kapazitäten eine Auslenkung abzuleiten.

Ebenso ist es aber auch möglich, den Zusammenhang zwischen der ersten elekt rostatischen Kraft und der Auslenkung der Sensormasse direkt als Zusammen hang zwischen dem Tastverhältnis des Wechsels der Spannungsbeaufschlagung und dem Kapazitätsunterschied zu bestimmen. Der neutrale Punkt wird dann als bestimmter Kapazitätsunterschied aufgefasst, in dem für verschiedene Trimm spannungen das Tastverhältnis gleich ist.

Hierzu kann für jeweils eine Trimmspannung das Tastverhältnis verändert und für jedes Tastverhältnis der Kapazitätsunterschied bestimmt werden. Das Tast verhältnis , das nötig ist, um die Auslenkung in Richtung des neutralen Punkts einzustellen, wird derart eingestellt, dass für jede der verschiedenen Trimmspan nungen der gleiche Kapazitätsunterschied angestrebt wird bzw. auftritt. Auf diese Weise kann die Auslenkung bezüglich des neutralen Punkts in einfacher Weise ohne die Notwendigkeit einer Kalibrierung oder Umrechnung der gemessenen Wer te eingestellt werden.

An den ersten Trimmelektroden, den zweiten Trimmelektroden, den Sensorelekt roden und / oder den Detektionselektroden anliegende Spannungen können durch einen Regelkreis automatisch derart eingestellt werden, dass die Auslenkung be züglich des neutralen Punkts geregelt wird. Hierzu kann z.B . das Tastverhältnis derart geregelt werden, dass der Kapazitätsunterschied im neutralen Punkt er reicht wird. Der erforderliche Kapazitätsunterschied im neutralen Punkt kann da bei kontinuierlich durch eine Modulation der an den Trimmelektroden anliegen den Spannungen ermittelt werden. Dies ermöglicht eine automatische Nachfüh rung der Sensormasse in Richtung des neutralen Punkts , auch wenn sich dieser im Laufe der Zeit oder aufgrund von Umwelteinflüssen verschieben sollte .

An den ersten Trimmelektroden und den zweiten Trimmelektroden anliegende Spannungen können durch einen anderen Regelkreis automatisch derart einge stellt werden, dass die zweite elektrostatische Kraft die Federkraft teilweise oder vollständig kompensiert. Dadurch wird gewährleistet, dass die Sensormasse am oder in der Nähe des neutralen Punkts auch bei sich im Laufe der Zeit oder auf grund von Umwelteinflüssen ändernden Sensorparametern keiner (oder nähe rungsweise keiner) effektiven Federkraft unterliegt. Das Einstellen der Sensormasse bezüglich des neutralen Punkts kann ein Annä hern der Auslenkung der Sensormasse an den neutralen Punkt oder ein Einstellen der Auslenkung der Sensormasse auf den neutralen Punkt sein. Wie oben bereits erläutert erhöht dies die Biasstabilität.

Ein Verfahren zum Einstellen der Auslenkung der Sensormasse eines Beschleuni gungssensors wie er oben beschrieben wurde kann umfassen: Bestimmen eines Zusammenhangs zwischen der ersten elektrostatischen Kraft und der Auslenkung der Sensormasse für zumindest zwei verschiedene Trimmspannungen; Bestim men eines neutralen Punkts für die Auslenkung, in der für die verschiedenen Trimmspannungen die jeweiligen ersten elektrostatischen Kräfte gleich sind, aus den Zusammenhängen zwischen der ersten elektrostatischen Kraft und der Aus - lenkung der Sensormasse ; und Einstellen der Auslenkung der Sensormasse be züglich des neutralen Punkts .

Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die Figuren beispielhaft beschrie ben. Die Erfindung soll aber nicht auf die folgenden Beispiele eingeschränkt wer den, sie ist vielmehr allein durch den Gegenstand der Ansprüche bestimmt. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematisch Darstellung eines Beschleunigungssensors ;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Abhängigkeit einer von einem Be schleunigungssensor gemessenen Kraft von der Auslenkung seiner Sen sormasse bei verschiedenen Trimmspannungen;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Beschleunigungssensors ;

und

Fig. 4 ein schematisches Ablaufdiagram eines Verfahrens zum Einstellen einer

Auslenkung der Sensormasse eines Beschleunigungssensors auf eine Position mit stabilisiertem Bias .

Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Beschleunigungssensors 100.

Der Beschleunigungssensor 100 weist ein Substrat 1 10 auf. Über dem Substrat 1 10 ist eine Sensormasse 120 über Federelemente 130 entlang einer Bewegungs achse x beweglich gelagert. Die Federelemente 130 sind auf einer ersten Seite der Federelemente 130 fest mit dem Substrat 1 10 verbunden und auf einer zweiten Seite der Federelemente 130 fest mit der Sensormasse 120 verbunden. Die Fe derelemente 130 erlauben es der Sensormasse 120 , entlang der Bewegungsachse x ausgelenkt zu werden. Zum Beispiel können die Federelemente 130 als Biege- Balkenfedern ausgebildet sein, die sich senkrecht zur Bewegungsachse x erstre cken und damit eine Bewegung allein entlang der Bewegungsachse x erlauben, wohingegen eine Bewegung senkrecht zur Bewegungsachse x nicht möglich ist. Die Federelemente 130 können aber auch jede andere Form aufweisen, die dazu führt, dass die Sensormasse 120 entlang der Bewegungsachse x ausgelenkt wer den kann.

Erste Trimmelektroden 140 sind mit der Sensormasse 120 verbunden. Dabei sind die ersten Trimmelektroden 140 fest mit der Sensormasse 120 verbunden, z.B . können die Sensormasse 120 und die ersten Trimmelektroden 140 einstückig ausgebildet sein, d.h. die ersten Trimmelektroden 140 sind ein integraler Be standteil der Sensormasse 120.

Zweite Trimmelektroden 150 sind mit dem Substrat 1 10 verbunden und den ers ten Trimmelektroden 140 zugeordnet. Dabei sind die zweiten Trimmelektroden 150 fest mit dem Substrat 1 10 verbunden. Zum Beispiel können die zweiten Trimmelektroden 150 integrale Bestandteile des Substrats 1 10 sein.

Die Paarungen von ersten Trimmelektroden 140 und zweiten Trimmelektroden 150 sind derart ausgebildet, dass in einer bestimmten Lage der Sensormasse 120 kei ne von den ersten Trimmelektroden 140 und den zweiten Trimmelektroden 150 erzeugte Kraft auf die Sensormasse 120 wirkt. Bei Auslenkung aus dieser Lage entsteht jedoch eine elektrostatische Kraft Ft, die über die Trimmelektroden 140 , 150 auf die Sensormasse 120 wirkt.

Die ersten Trimmelektroden 140 und die zweiten Trimmelektroden 150 müssen hierbei nicht symmetrisch an der Sensormasse 120 oder dem Substrat 1 10 ange bracht sein. Zum Beispiel können sich sämtliche erste Trimmelektroden 140 auf einer Seite der Sensormasse 120 oder an einem Ende der Sensormasse 120 befin den.

Die Federelemente 130 erzeugen bei Auslenkung der Sensormasse 120 entlang der Bewegungsachse x eine Federkraft Ff, die die Sensormasse 120 zurück in eine Ausgangs läge bewegt, in der sich die von den einzelnen Federelementen 130 er zeugten Kräfte kompensieren oder in der diese Kräfte verschwinden (mechanischer Nullpunkt) . Gleichzeitig kann durch Anlegen einer elektrischen Trimmspannung zwischen den ersten Trimmelektroden 140 und den zweiten Trimmelektroden 150 die elektrostatische Kraft Ft auf die Sensormasse 120 erzeugt werden, die sich der Federkraft Ff zu einer effektiven Federkraft aufaddiert.

Es ist also möglich, über eine Trimmspannung, die zwischen den ersten Trim melektroden 140 und den zweiten Trimmelektroden 150 anliegt, die Federhärte bzw. -Steifigkeit des Beschleunigungssensors 100 frei einzustellen. Dadurch kann zum Beispiel erreicht werden, dass sich die Federkraft Ff und die elektrostatische Kraft Ft vollständig kompensieren, so dass bei Auslenkung der Sensormasse 120 keine rückstellende Kraft mehr vorhanden ist. Die elektrostatische Kraft Ft kann aber auch die Federkraft Ff überkompensieren, d. h. übersteigen, so dass bei einer nur kleinen Auslenkung der Sensormasse 120 die elektrostatische Kraft Ft die Sensormasse 120 zu einer großen Auslenkung verstärkt. Da dies zu einer soforti gen Übersteuerung der Sensormasse 120 führen kann, sollte der Beschleuni gungssensor 100 in dieser Weise nur mit zusätzlicher Rückstellelektronik in ei nem geschlossenen Regelkreis betrieben werden.

Der Beschleunigungssensor 100 weist zusätzlich Sensorelektroden 160 zum Aus lesen der Beschleunigung, die mit der Sensormasse 120 verbunden sind und de nen schematisch dargestellte Detektionselektroden 1 70 zugeordnet sind, die mit dem Substrat 1 10 verbunden sind. Eine Spannung zwischen den Sensorelektro den 160 und den Detektionselektroden 1 70 erzeugt eine elektrostatische Kraft Fd auf die Sensormasse 120 , die dazu verwendet werden kann, die Sensormasse 120 auszulenken. Für eine feste Spannung zwischen Sensorelektroden 160 und Detek tionselektroden 1 70 ist die Ladung bzw. eine daraus ableitbare Kapazität von der Auslenkung der Sensormasse 120 entlang der Bewegungsachse x abhängig. Dies ermöglicht es , die Auslenkung der Sensormasse 120 über die Sensorelektroden 160 und die Detektionselektroden 1 70 zu bestimmen.

Wenn sich die Sensormasse 120 in Ruhe befinden soll, müssen sich die verschie denen auf sie wirkenden Kräften ausgleichen, d.h. Fd + Ft + Ff = 0. Fasst man die erste elektrostatische Kraft Fd als die von dem Beschleunigungssensor 100 ge messene Kraft und die Kombination der Federkraft Ff und der zweiten elektrosta tischen Kraft Ft als effektive Federkraft auf, so ergibt sich für kleine Auslenkun gen ein linearer Zusammenhang zwischen der ersten elektrostatischen Kraft und der Auslenkung, dessen Steigung von der anliegenden Trimmspannung abhängt.

Dies ist schematisch in der Fig. 2 gezeigt, die für verschiedene Trimmspannungen Graphen für die Abhängigkeit der ersten elektrostatischen oder effektiv gemesse- nen Kraft Fd von der Auslenkung entlang der Bewegungsachse x angibt. Jeder der Geraden stellt hierbei eine Kraft -Weg -Kennlinie des Systems für eine bestimmte Trimmspannung dar. Diese Kennlinien können für jeweils eine bestimmte Trimm spannung durch Einstellen verschiedener von den Detektionselektroden 1 70 auf die Sensorelektroden 160 ausgeübte Kräfte und anschließendes Auslesen der re sultierenden Auslenkungen bestimmt werden.

Führt man diese Messung mindestens zweimal für verschiedene Trimmspannun gen durch, erhält man als Schnittpunkt aller Geraden den Punkt N im Diagramm, in dem die erste elektrostatische Kraft Fd für sämtliche Trimmspannungen zur gleichen Auslenkung „n“ führt. Diese Auslenkung wird als „neutraler Punkt“ be zeichnet.

Durch entsprechende Variation der Trimmspannung und der Spannungen zwi schen den Sensorelektroden 160 und den Detektionselektroden 1 70 kann in dem Beschleunigungssensor 100 der neutrale Punkt für die Auslenkung ermittelt und als Ausgangspunkt für Beschleunigungsmessungen angestrebt werden. Verände rungen der Trimmspannung haben in diesem Punkt keinen Einfluss auf die auf die Sensormasse 120 wirkenden Kräfte . Ein auf die Beschleunigungsmessung wir kender Bias ist also gegenüber derartigen Veränderungen stabil, wodurch sich die Verlässlichkeit des Sensors bei langen Laufzeiten erhöht. Bringt man die Sensor masse 120 also in eine Ausgangslage , die dem neutralen Punkt angenähert ist oder diesem entspricht, so lässt sich die Biasstabilität erhöhen.

Zudem kann nachdem die Ausgangslage der Sensormasse dem neutralen Punkt angenähert oder dieser eingenommen wurde , die Trimmspannung derart geändert werden, dass die zweite elektrostatische Kraft Ft die Federkraft Ff teilweise oder sogar vollständig kompensiert. Dies ist in der Fig. 2 durch den Pfeil A gekenn zeichnet. Die Trimmspannung wird also solange verändert, bis im Kraft-Weg- Diagramm (nahezu) der steigungslose , d.h. horizontale Graph H erreicht ist. Für eine derartige Konfiguration ist der Bias auch gegenüber kleinen Verschiebungen aus dem neutralen Punkt heraus stabil, da keine Veränderung der auf die Sen sormasse 120 wirkenden Kräfte auftritt. Auch dies erhöht die Langzeitstabilität und kann zudem für den Betrieb des Beschleunigungssensors 100 unter Vibration vorteilhaft sein.

Sowohl die Einstellung der Auslenkung bezüglich des neutralen Punkts als auch die Einstellung einer die Federkraft Ff vollständig oder teilweise kompensierenden Trimmspannung können hierbei durch automatische Regelung der an die Trim- melektroden 140 , 150 , die Sensorelektroden 160 und die Detektionselektroden 1 70 angelegten Spannungen erreicht werden. Hierdurch ist es möglich, den Be schleunigungssensor 100 im neutralen Punkt zu halten und den Bias weiter zu stabilisieren. Zudem kann die Regelung Daten bezüglich einer zeitlichen Verände rung der Lage des neutralen Punktes liefern, die Aufschluss über die Funktions - tüchtigkeit des Beschleunigungssensors 100 liefern können.

Es versteht sich hierbei von selbst, dass je nach konkreter Ausgestaltung der Trimmelektroden 140 , 150 , der Sensorelektroden 160 und der Detektionselektro den 1 70 die erste elektrostatische Kraft Fd, die zweite elektrostatische Kraft Ft und die Auslenkung der Sensormasse 120 auf unterschiedliche Arten erzeugt und ausgelesen werden können. Eine konkrete Möglichkeit hierfür soll beispielhaft anhand des in der Fig. 3 schematisch dargestellten Beschleunigungssensors 100 diskutiert werden.

Im dem Beschleunigungssensor 100 der Fig. 3 sind die ersten Trimmelektroden 140 als Elektrodenplatten ausgebildet, die von jeweils zwei zweiten Trimmelektro den 150 eingefasst werden und mit diesen Plattenkondensatoren bilden. Die zwei te elektrostatische Kraft ist hierbei die Resultierende der von den beiden äußeren zweiten Trimmelektroden 150 auf die mittlere erste Trimmelektrode 140 wirken den Kräfte . Für eine mittige Positionierung der ersten Trimmelektroden 140 ist diese also kräftefrei.

Die Sensorelektroden 160 und die Detektionselektroden 1 70 sind als Kammelekt roden mit ineinander eingreifenden Elektrodenfingern ausgebildet. Die Sensorel ektroden 160 und die Detektionselektroden 1 70 sind entlang der Bewegungsachse x in zwei Gruppen von Paarungen getrennt. In der Fig. 3 stellen die am linken En de der Sensormasse angeordneten Elektroden die erste Paarung dar, während die am rechten Ende angeordneten Elektroden die zweite Paarung darstellen.

Legt man nun eine vorgegebene Spannung nur an eine der beiden Paarungsgrup pen an, resultiert eine nur auf die Elektroden dieser Paarungen zurückgehende Kraft. Wechselt man alternierend die Gruppe von Paarungen, an die Spannung angelegt ist, so hängt die resultierende erste elektrostatische Kraft davon ab, wie lange welche Paarungsgruppe mit der Spannung beaufschlagt ist. Hierbei emp fiehlt sich ein rascher Wechsel, um Trägheitseffekte bzw. Hystereseeffekte mög lichst zu unterdrücken. Das Tastverhältnis für das Wechseln der Spannung von der einen zu der anderen Paarungsgruppe bestimmt also darüber, ob und in wel che Richtung sich die erste elektrostatische Kraft im zeitlichen Mittel ausbildet. Im Beispiel der Fig. 3 sind die Paarungen von Sensorelektroden 160 und Detekti onselektroden 1 70 baugleich. Das Anlegen einer vorgegebenen Spannung nur an die linken Paarungen führt also zu einer entgegengesetzten Kraft als das Anlegen der vorgegebenen Spannung nur an die rechten Paarungen. Legt man die Span nung während eines Referenzzeitraums gleich oft links und rechts an, d.h. stellt man ein Tastverhältnis von 50 / 50 ein, so resultiert im zeitlichen Mittel keine Kraft. Durch Variation des Tastverhältnisses ist es dann möglich, die im zeitlichen Mittel auf die Sensormasse 120 wirkende erste elektrostatische Kraft einzustellen. Die tatsächliche Kraft hängt hierbei natürlich von der konkreten Struktur des Sensors ab und kann berechnet werden. Das von außen vorgebbare Tastverhältnis erlaubt es also , die erste elektrostatische Kraft von außen vorzugeben.

Gleichzeitig kann aus der bei Anlegen der vorgegebenen Spannung auf die Elekt roden strömenden Ladung die Kapazität der von den Elektroden gebildeten Kon densatoren in an sich bekannter Weise bestimmt werden, z .B . durch Messung des Ladungsflusses über Masse und einen Verstärkerkondensator. Für die linke Gruppe von Paarungen der Fig. 3 ergibt sich hierbei ebenso ein Wert wie für die rechte Gruppe von Paarungen. Da die Kapazitäten vom Abstand der jeweiligen Elektroden zueinander abhängen, sind sie ein Maß für die Auslenkung der Sen sormasse 120. Der Kapazitätsunterschied zwischen den linken und den rechten Paarungen kann also ausgelesen werden. Hieraus lässt sich dann die Auslenkung der Sensormasse 120 bestimmen.

Auf diese Weise ist es also möglich, die Messwerte zu bestimmen, die dazu not wendig sind, für jede angelegte Trimmspannung einen Kraft-Weg-Graphen und daraus den neutralen Punkt herzuleiten.

Alternativ kann auch auf die Ableitung der ersten elektrostatischen Kraft aus dem Tastverhältnis und der Auslenkung aus dem Kapazitätsunterschied verzichtet und diese Größen direkt für die Einstellung des neutralen Punkts verwendet werden.

Dazu werden für jeweils eine Trimmspannung verschiedene Tastverhältnisse ange legt und für jedes Tastverhältnis der entsprechende Kapazitätsunterschied gemes sen. Die daraus resultierenden Tastverhältnis -Kapazitätsunterschied-Graphen schneiden sich in einem Punkt, in dem ein Tastverhältnis für jede Trimmspan nung zu dem gleichen Kapazitätsunterschied führt. Einstellen bezüglich dieses Kapazitätsunterschieds entspricht dann dem Einstellen der Auslenkung bezüglich des neutralen Punkts . Auf diese Weise kann der neutrale Punkt mittels direkt ein- stellbarer bzw. auslesbarer Parameter bestimmt und die Auslenkung der Sensor masse ( 120 ) dem neutralen Punkt angenähert oder vorzugsweise auf diesen einge stellt werden. Es ist insbesondere möglich, auf den Kapazitätsunterschied zu re geln.

Auf diese Art kann in einfacher Weise der neutrale Punkt erreicht und gehalten werden.

Die Fig. 4 zeigt ein schematisches Ablaufdiagram für ein Verfahren zum Einstellen des neutralen Punktes , das mit einem Beschleunigungssensor ausgeführt werden kann, der gleichwertig zu den oben beschriebenen Sensoren aufgebaut ist.

Bei S 100 wird ein Zusammenhang zwischen der ersten elektrostatischen Kraft Fd und der Auslenkung der Sensormasse ( 120) für zumindest zwei verschiedene Trimmspannungen bestimmt. Insbesondere können für zwei oder mehrere Trimm spannungen lineare Kraft-Weg-Graphen bestimmt werden.

Bei S 1 10 wird aus den Zusammenhängen zwischen der ersten elektrostatischen Kraft Fd und der Auslenkung der Sensormasse ( 120) ein neutraler Punkt für die Auslenkung bestimmt, in der für die verschiedenen Trimmspannungen die jeweili gen ersten elektrostatischen Kräfte Fd gleich sind. Dieser neutrale Punkt kann insbesondere aus dem Schnittpunkt der ermittelten Kraft-Weg-Graphen bestimmt werden.

Bei S 120 wird die Auslenkung der Sensormasse bezüglich des neutralen Punkts eingestellt. Insbesondere wird die Auslenkung in die Nähe des neutralen Punkts oder vorzugsweise auf den neutralen Punkt eingestellt. Hierdurch wird ein Betrieb des Beschleunigungssensors an einem Arbeitspunkt mit erhöhter Langzeitstabili tät des Bias ermöglicht.