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WO2010066502A1 - Measuring bridge, measurement unit and rotating mirror - Google Patents

Measuring bridge, measurement unit and rotating mirror Download PDF

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Publication number
WO2010066502A1
WO2010066502A1 PCT/EP2009/064169 EP2009064169W WO2010066502A1 WO 2010066502 A1 WO2010066502 A1 WO 2010066502A1 EP 2009064169 W EP2009064169 W EP 2009064169W WO 2010066502 A1 WO2010066502 A1 WO 2010066502A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bridge
measuring
elements
physical quantity
outside
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2009/064169
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Stefan Pinter
Boris Adam
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of WO2010066502A1 publication Critical patent/WO2010066502A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/225Measuring circuits therefor
    • G01L1/2262Measuring circuits therefor involving simple electrical bridges
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R17/00Measuring arrangements involving comparison with a reference value, e.g. bridge

Definitions

  • the invention relates to a measuring bridge comprising four first impedance-changeable elements in bridge arrangement, which are arranged in a measuring range which is prepared for an action of a first physical quantity and a change of said impedances due thereto. Furthermore, the invention relates to a measuring unit in which an electronic circuit is electrically connected to a measuring bridge. Finally, the invention relates to a rotatably mounted mirror
  • Measuring bridges are a well-known element for detecting a wide variety of physical quantities. They are composed of four elements with variable impedance, which are connected together in a closed ring or a square, and have a voltage source or a power source in one diagonal and a voltmeter in the other diagonal. Measuring bridges have the advantage that they are invariable against the influence of disturbances which act equally on all four bridge elements. Unfortunately, this does not apply to disturbances that do not affect all bridge elements equally. In the following, the practical effect of such an inhomogeneous disturbance will be explained by means of an exemplary arrangement. This arrangement is, of course, only one of many possible arrangements in which the described problem occurs in a modified form, and therefore must not be construed as representing the problem only with this one arrangement.
  • an electrical resistance (piezoresistor) reacting to a mechanical stress is frequently used as a sensitive element for measuring mechanical stresses.
  • the piezoresistive effect is based on the change of a specific resistance of a piezoelectric material (piezoelectric crystal) by pressure or tension.
  • To measure small changes in resistance are such elements usually connected in a Wheatstone bridge.
  • micromechanical pressure sensors for example, four piezoresistors are mounted on a pressure-sensitive deformable membrane.
  • piezo-resistors for mechanical stress also react to temperature and light, canceling out the effects of temperature and light, which affect all resistances of an ideal Wheatstone bridge. In practice, this is not the case, since the effect is not equal to all resistances, such as at oblique incidence of light.
  • the result is a falsification of the actual measured variable.
  • the incidence of light by a neon tube can cause a falsification of the sensor output signal of several percent.
  • the photosensitivity of the sensor elements can be reduced by a suitable structure, for example by a closed light-tight housing. Often this is not possible, or not all disturbing influences can be completely avoided by shielding.
  • the photosensitivity presents a particular problem in particular when using the piezoelectric elements as position detectors for micro-optomechanical components (MOEMS), for example micromirrors.
  • MOEMS micro-optomechanical components
  • Such mirrors are used, for example, for deflecting a light beam, in particular a laser light beam.
  • laser scanners are mentioned here, which are used on the one hand for imaging and on the other hand for measurement purposes (for example, for creating a terrain profile)
  • a mirror which is usually gimbaled allows line-by-line building or line-by-line scanning The deflection of the mirror is often done with a so-called "Galvanometerantrieb".
  • the inhomogeneously acting interfering field can also be due to temperature or even external mechanical stress, which arises, for example, when gluing or soldering the sensor.
  • the mentioned interference fields and their causes are only a limited excerpt of the conceivable interference fields and their causes, which due to the abundance at this point can not be listed in their entirety.
  • the invention provides a measuring bridge according to claim 1, a measuring unit according to claim 8 and a mirror according to claim 10.
  • a measuring bridge of the aforementioned type in which four further, second impedance-variable elements are arranged outside the measuring range and are electrically connected to the bridge arrangement.
  • a measuring unit of the initially mentioned type which is prepared to subtract the signal of a bridge formed by the second elements from the bridge formed by the first elements.
  • a mirror of the aforementioned type which comprises at least one inventive measuring bridge or an inventive measuring unit, which is designed to measure the introduced into a bearing of the mirror torque and / or a size dependent thereon.
  • the influence of the second physical quantity can be taken into account separately. It is assumed that the first and second physical quantities have different effects inside and outside the measuring range. If possible, constructively provide that the first physical quantity in - A -
  • the second physical variable Essentially only within the measuring range. Likewise, provision must be made for the second physical variable to act sufficiently on the second elements outside the measuring range.
  • the first physical variable represents the actual size to be measured, while the second variable represents a disturbance variable.
  • the influence of the second physical variable, that is to say the disturbing influence, on the first and second elements can be influenced by the differentiated effect of the first and second physical quantities Measurement of the first physical quantity, ie the actual measured variable, are taken into account.
  • the measuring unit according to the invention which comprises an electronic circuit connected thereto in addition to the measuring bridge, is advantageously used in an embodiment of the measuring bridge in which two signals are available, a first, which is essentially the first and second physical variable, ie measurement and disturbance variable in the measuring range, includes and a second, which essentially only the second physical variable, so the disturbance outside the measuring range, includes, yet the invention is advantageously applicable here.
  • the second is subtracted from the first measurement signal with the aid of the electronic circuit, so that essentially the measured quantity remains, which can be provided directly to downstream processing units.
  • the invention is particularly suitable for use in a rotatable
  • the invention therefore relates in particular to resistance measuring bridges.
  • two second elements each having two first elements are connected in parallel and the voltage or current supply of the bridge arrangements is arranged at the node of said parallel branches, wherein the first and second elements have a same-direction impedance change gradient with respect to an action second, from the first different physical size inside and outside the measuring range.
  • two measuring bridges are arranged in parallel, whereby the bridge composed of the first elements of the first and the second physical variable and the bridge formed of the second elements is influenced only by the second physical quantity.
  • Inhomogeneities of the second physical quantity act essentially equally on the first and second bridges, which is why the interference of the second physical quantity can be taken into account comparatively easily, for example by subtracting the measurement result of the second bridge of FIG that of the first bridge.
  • a third bridge may be connected in parallel to account for a different second physical (disturbance) magnitude, if not already possible with the second bridge.
  • each first element which is influenced by the first and second physical quantities
  • each second element which is influenced only by the second physical quantity.
  • Inhomogeneities of the second physical quantity act essentially equally on the respectively associated first and second elements and therefore have little or no influence on the measurement of the first physical quantity.
  • the second physical quantity may not be the same within the measurement range as outside the measurement range. Since the measuring range is also provided for the action of the first physical variable, the second physical variable will often have a stronger effect there as well. The following is assumed because of the ease of representation of this condition, although the resulting teaching is applicable to other circumstances.
  • the first element is thus more strongly influenced by the second physical quantity than the second element.
  • the impedance change gradient of the second element that is to say its sensitivity
  • this unequal influence can be compensated for. This can be done by suitable choice of material or suitable dimensioning. For example, a larger sensor is in principle more sensitive to acting influences, which is why the desired sensitivity can also be achieved with a less sensitive material.
  • the first physical size is one of the group: light intensity
  • the second physical variable is or are one or more of the group: light intensity, temperature, electric field, magnetic field, activity, mechanical stress or pressure. These are quantities that often occur as disturbances in measuring bridges. With regard to the exemplary character of the enumeration, what has already been said above applies.
  • the first and second elements are piezoelectric sensors and the first physical variable is a mechanical stress and the second physical variable is a light intensity and / or temperature.
  • first physical variable is a mechanical stress
  • second physical variable is a light intensity and / or temperature.
  • the electronic circuit is further prepared to weight the bridge signals before the subtraction inversely proportional to the ratio of the influence of the second physical quantity inside and outside the measuring range.
  • the second physical size within the measuring range may not be the same as outside the measuring range.
  • the impedance change gradients of the elements ie their sensitivity, can be adapted accordingly.
  • an adjustable weighting can be provided here, which facilitates the initial calibration, or even a calibration due to sensor drift.
  • FIG. 1 shows a first variant of a measuring bridge according to the invention or a first measuring unit according to the invention
  • FIG. 2 shows a second variant of a measuring bridge according to the invention or a second measuring unit according to the invention
  • FIG. 3 shows a third variant of a measuring bridge according to the invention.
  • Figure 4. an inventive, rotatably mounted mirror.
  • FIG. 1 shows a first measuring bridge according to the invention, in which two second elements R1 b, R3b / R2b, R4b, each with two first elements R1a, R3a / R2a, R4a, are connected in parallel in a bridge arrangement.
  • the voltage supply U is arranged at the node of said parallel branches, which is why there are essentially two parallel Wheatstone bridges.
  • a Wheatstone bridge is located within the measuring range A (shown in dashed lines) within which a first physical quantity can act, the second Wheatstone bridge is outside this range A and is substantially invariant to detuning due to the first physical quantity.
  • Instrumentation amplifier V1 and V2 shown, which with their positive input with each an output of the Wheatstone bridge formed by the first elements R1 a..R4a and with their negative input each having an output of the Wheatstone bridge formed by the second elements R1 b..R4b are connected.
  • the first and second elements R1a..R4a and R1b..R4b are piezoresistive semiconductor elements
  • the first physical quantity is a mechanical stress
  • the second physical quantity is a light intensity and / or a temperature is.
  • the light intensity and / or temperature thereby changes in the direction indicated by the arrow T, that is decreases in this direction.
  • the same direction is indicated by the arrow T, that is decreases in this direction.
  • the mechanical stress essentially does not act substantially in the measuring range A and outside.
  • the light intensity and / or temperature should, if possible, have the same effect within and outside the measuring range A. This can be achieved, for example, by making the measuring area A significantly thinner than the surrounding area. Therefore, a mechanical stress has a much stronger effect in the measuring range A than it does outside, while the light equally affects the measuring range A and the range outside.
  • the effect of the two amplifiers V1 and V2 is that the signal of the second bridge, that is to say the interference signal, is subtracted from the signal of the first bridge, so that the output voltage Ua is applied between the outputs of the two amplifiers V1 and V2 acting mechanical stress without disturbing the light and / or temperature represents.
  • the elimination of the influence of light or temperature from the difference signal succeeds the better the closer the first and second resistors R1a..R1d, R2a..R2d are arranged to one another, ie R1a to R1b, R2a to R2b and so on. In this way, inhomogeneities of the light intensity or of the temperature act essentially the same on the first and the second resistors R1a..R1d, R2a..R2d are arranged to one another, ie R1a to R1b, R2a to R2b and so on. In this way, inhomogeneities of the light intensity or of the temperature act essentially the same on the first and
  • Measuring bridge In terms of design, a compromise has to be made between this requirement and the requirement that the first physical quantity acts essentially only within the measuring range A, that is to say on the second elements R1 b... R 4 b.
  • a third bridge may be connected in parallel to give a different second physical (disturbance) magnitude take into account, if this further disturbance can not be compensated with the help of the second elements R1 b..R4b.
  • the measuring unit 3 shown in FIG. 2 has the same measuring bridge 1 as in FIG. 1, but a different electronic circuit 2.
  • the signal of the bridge formed by the second elements R1 b..R4b is applied to the third amplifier V3 and the Signal of the bridge formed by the first elements R1 a..R4a led to the fourth amplifier V4.
  • the output signals of the two amplifiers V3 and V4 are weighted by means of second potentiometers P1 and P2 and fed to the inputs of a fifth amplifier V5 such that the weighted signal of the second bridge is subtracted from the weighted signal of the first bridge.
  • FIG. 3 shows a further variant of the measuring bridge 1 according to the invention, in which a second element R1 b..R4b is connected in series with a respective first element R1a..R4a, and the first elements R1a..R4a one to the second elements R1 b..R4b have opposite impedance change gradients with respect to the second physical quantity.
  • the influence of the second physical variable, ie the disturbance is reduced or eliminated by the disturbance increasing / decreasing the voltage across the first elements R1a..R4a and lowering / increasing the voltage across the second elements R1b .. R4b causes, so that the total influence of said voltages is reduced, if not eliminated.
  • this is in principle no further electronic circuit necessary, it is enough a simple
  • the ratio of the impedance change gradients of the first and second elements R1a..R4a and R1b..R4b can be adjusted to the reciprocal of the ratio of the influence of the second physical quantity inside and outside the measurement range A when the second physical quantity is inside and outside the measurement range A acts differently.
  • a third resistor may each be connected in series in order to take into account a different second physical (disturbance) quantity, provided that this additional disturbance variable can not already be compensated for with the aid of the second elements R1b..R4b.
  • the measures of FIG. 2 and FIG. 3 ie both the weighting of the bridge output signals and the weighting of the impedance change gradients, are provided.
  • An adaptation of the measuring unit 3 to different effects of the second physical quantity inside and outside the measuring range A is particularly easy by the two degrees of freedom.
  • FIG. 4 shows a mirror 4, a first frame 5 and a second frame 6.
  • the mirror 4 is connected via torsion springs 7 to the frame 5, which in turn is connected to the frame 6 via torsion springs 8.
  • Torsion springs 7 and 8 are e.g. arranged at right angles to each other, so that the mirror 4 can be pivoted in any direction.
  • the entire assembly can be made in one piece, so that an introduced into the torsion springs 7 and 8 torque, which is caused by rotation of the mirror 4, also in the connected to the torsion springs 7 and 8 frames 5 and 6 is initiated.
  • connection points of the torsion springs 7 and 8 with the frame 5 and 6 is ever a measuring bridge 1a..1 d (alternatively one measuring unit), which measures the deformation at each connection point and a signal to a higher-level processing unit (not shown) passes, which can calculate the angle of rotation of the mirror 4 in both axes from the measured values determined.
  • the twist angle is determined with a torque-dependent variable, namely on the deformation caused thereby in frame 5 or 6. It is also conceivable, however, to directly measure the torque, for example by mounting the measuring bridges 1 a..1 d directly to the torsion springs 7 and 8.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

The invention relates to a measuring bridge (1), which comprises second impedance-variable elements (R1b..R4b) in addition to the first four impedance variable elements (R1a..R4a) in a bridge arrangement. The first elements (R1a..R4a) are arranged in a measurement region (A) that is prepared for an effect of a first physical magnitude and a change to the said impedances based on said effect. The second elements (R1b..R4b), in contrast, are arranged outside of said measurement region (A). The invention furthermore relates to a measurement unit (3) that comprises a measuring bridge (1) according to the invention and an electronic circuit (2) connected thereto. The invention finally relates to a rotating mirror having a measuring bridge (1) or a measurement unit (3) by means of which a rotation angle of the mirror can be measured.

Description

Beschreibung description

Titeltitle

Messbrücke, Messeinheit und drehbar gelagerter SpiegelMeasuring bridge, measuring unit and rotatably mounted mirror

Die Erfindung betrifft eine Messbrücke, umfassend vier erste hinsichtlich ihrer Impedanz veränderlicher Elemente in Brückenanordnung, welche in einem Messbereich angeordnet sind, der für eine Einwirkung einer ersten physikalischen Größe und einer damit begründeten Veränderung der besagten Impedanzen vorbereitet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Messeinheit, bei der eine elektronische Schaltung mit einer Messbrücke elektrisch verbunden ist. Schließlich betrifft die Erfindung einen drehbar gelagerten SpiegelThe invention relates to a measuring bridge comprising four first impedance-changeable elements in bridge arrangement, which are arranged in a measuring range which is prepared for an action of a first physical quantity and a change of said impedances due thereto. Furthermore, the invention relates to a measuring unit in which an electronic circuit is electrically connected to a measuring bridge. Finally, the invention relates to a rotatably mounted mirror

Stand der TechnikState of the art

Messbrücken sind ein seit langem bekanntes Element zur Erfassung verschiedenster physikalischer Größen. Sie sind aufgebaut aus vier Elementen mit veränderlicher Impedanz, die zu einem geschlossenen Ring beziehungsweise zu einem Quadrat zusammengeschaltet sind, und in einer Diagonalen eine Spannungsquelle oder eine Stromquelle und in der anderen Diagonalen einen Spannungsmesser aufweisen. Messbrücken bieten den Vorteil, dass sie gegen den Einfluss von Störgrößen, die gleichermaßen auf alle vier Brückenelemente einwirken, invariant sind. Für Störungen, die nicht gleichmäßig auf alle Brückenelemente einwirken, trifft dies leider nicht mehr zu. Im Folgenden, soll anhand einer beispielhaften Anordnung die praktische Auswirkung einer solchen inhomogenen Störgröße erläutert werden. Diese Anordnung ist natürlich nur eine von vielen denkbaren Anordnungen, in welchen das geschilderte Problem in abgewandelter Form auftritt, und darf daher nicht dahingehend ausgelegt werden, als stelle sich das Problem nur bei dieser einen Anordnung.Measuring bridges are a well-known element for detecting a wide variety of physical quantities. They are composed of four elements with variable impedance, which are connected together in a closed ring or a square, and have a voltage source or a power source in one diagonal and a voltmeter in the other diagonal. Measuring bridges have the advantage that they are invariable against the influence of disturbances which act equally on all four bridge elements. Unfortunately, this does not apply to disturbances that do not affect all bridge elements equally. In the following, the practical effect of such an inhomogeneous disturbance will be explained by means of an exemplary arrangement. This arrangement is, of course, only one of many possible arrangements in which the described problem occurs in a modified form, and therefore must not be construed as representing the problem only with this one arrangement.

Für mikromechanische Sensoren wird häufig ein auf eine mechanische Spannung reagierender elektrischer Widerstand (Piezoresistor) als sensitives Element zur Messung mechanischer Spannungen verwendet. Der piezoresistive Effekt beruht auf der Veränderung eines spezifischen Widerstands eines piezoelektrischen Materials (Piezokristall) durch Druck oder Zug. Zur Messung kleiner Widerstandsänderungen werden solche Elemente üblicherweise in einer Wheatstoneschen Messbrücke verschaltet. Bei mikromechanischen Drucksensoren sind zum Beispiel vier Piezoresistoren auf einer druckempfindlichen verformbaren Membran angebracht. Piezo-Widerstände für mechanische Spannungen reagieren aber auch auf Temperatur und Licht, wobei sich die Einflüsse durch Temperatur und Licht, die auf alle Widerstände einer idealen Wheatstone-Messbrücke wirken, aufheben. In der Praxis ist dies nicht der Fall, da die Einwirkung nicht auf alle Widerstände gleich ist, etwa bei schrägem Lichteinfall. Das Ergebnis ist eine Verfälschung der eigentlichen Messgröße. So kann z.B. bei einem Drucksensor der Lichteinfall durch eine Neonröhre eine Verfälschung des Sensorausgangssignals von mehreren Prozent bewirken. Die Lichtempfindlichkeit der Sensorelemente kann durch einen geeigneten Aufbau, zum Beispiel durch ein geschlossenes lichtdichtes Gehäuse, reduziert werden. Oft ist dies aber nicht möglich, beziehungsweise können nicht alle störenden Einflüsse zur Gänze durch Abschirmung vermieden werden.For micromechanical sensors, an electrical resistance (piezoresistor) reacting to a mechanical stress is frequently used as a sensitive element for measuring mechanical stresses. The piezoresistive effect is based on the change of a specific resistance of a piezoelectric material (piezoelectric crystal) by pressure or tension. To measure small changes in resistance are such elements usually connected in a Wheatstone bridge. In micromechanical pressure sensors, for example, four piezoresistors are mounted on a pressure-sensitive deformable membrane. However, piezo-resistors for mechanical stress also react to temperature and light, canceling out the effects of temperature and light, which affect all resistances of an ideal Wheatstone bridge. In practice, this is not the case, since the effect is not equal to all resistances, such as at oblique incidence of light. The result is a falsification of the actual measured variable. For example, in the case of a pressure sensor, the incidence of light by a neon tube can cause a falsification of the sensor output signal of several percent. The photosensitivity of the sensor elements can be reduced by a suitable structure, for example by a closed light-tight housing. Often this is not possible, or not all disturbing influences can be completely avoided by shielding.

Die Lichtempfindlichkeit stellt insbesondere bei der Anwendung der Piezoelemente als Positionsdetektoren für mikro-optomechanische Bauelemente (MOEMS) wie zum Beispiel Mikrospiegel ein besonderes Problem dar. Solche Spiegel werden beispielsweise für die Ablenkung eines Lichtstrahls, insbesondere eines Laserlichtstrahls verwendet. Als praktische Anwendung werden an dieser Stelle sogenannte „Laser-Scanner" erwähnt, welche einerseits für die Bildgebung, andererseits für Messzwecke (etwa zur Erstellung eines Geländeprofils) eingesetzt werden. Ein üblicherweise kardanisch gelagerter Spiegel ermöglicht dabei das zeilenweise Aufbauen eines Bildes oder das zeilenweise Abtasten eines Geländes. Die Auslenkung des Spiegels erfolgt dabei häufig mit einem sogenannten „Galvanometerantrieb".The photosensitivity presents a particular problem in particular when using the piezoelectric elements as position detectors for micro-optomechanical components (MOEMS), for example micromirrors. Such mirrors are used, for example, for deflecting a light beam, in particular a laser light beam. As a practical application, so-called "laser scanners" are mentioned here, which are used on the one hand for imaging and on the other hand for measurement purposes (for example, for creating a terrain profile) A mirror which is usually gimbaled allows line-by-line building or line-by-line scanning The deflection of the mirror is often done with a so-called "Galvanometerantrieb".

Für diese Anwendung bestehen sehr hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Positionsdetektion (Detektion des Auslenkwinkels der Spiegeldrehachsen, etwa an den Enden der Torsionsfedern, an denen der Spiegel drehbar angebracht ist, beziehungsweise über welche die drehbare Lagerung bewerkstelligt wird). Aufgrund ihrer hohen Genauigkeit werden Piezowiderstände für diese Aufgabe bevorzugt. Als Wandlerelemente sind sie bei dieser Anwendung sehr nahe am optischen Strahlengang des Laserstrahls und unterliegen somit auch seinem Einfluss, etwa aufgrund von unerwünschten Reflexionen und Streulicht. Äußerer Lichteinfall aus der Umgebung (Tageslicht oder Raumbeleuchtung) hat eine ähnliche Auswirkung, aufgrund der hohen Intensität von Laserlicht wirkt sich aber der störende Einfluss desselben besonders nachteilig auf die Messgenauigkeit der Messbrücke aus. Die Nähe zum optischen Strahlengang macht es überdies sehr schwierig bis unmöglich, den optischen Einfluss durch konstruktive Maßnahmen im Gehäuse zu vermeiden.For this application, there are very high demands on the accuracy of the position detection (detection of the deflection angle of the mirror axes of rotation, approximately at the ends of the torsion springs, on which the mirror is rotatably mounted, or via which the rotatable mounting is accomplished). Due to their high accuracy, piezoresistors are preferred for this task. As transducer elements they are in this application very close to the optical beam path of the laser beam and thus are also subject to its influence, for example due to unwanted reflections and stray light. Outside light from the environment (daylight or room lighting) has a similar effect, but due to the high intensity of laser light affects the disturbing influence of the same particularly detrimental to the measurement accuracy of the bridge out. The proximity to the optical beam path also makes it very difficult to impossible to avoid the visual impact by constructive measures in the housing.

Das inhomogen einwirkende Störfeld kann neben Licht auch zum Beispiel durch Temperatur oder auch äußere mechanische Verspannung, welche etwa beim Verkleben oder Löten des Sensors entstehen, begründet sein. Die angesprochenen Störfelder und deren Ursachen stellen natürlich nur einen begrenzten Ausschnitt der denkbaren Störfelder und deren Ursachen dar, die aufgrund der Fülle an dieser Stelle nicht zur Gänze aufgeführt werden können.In addition to light, the inhomogeneously acting interfering field can also be due to temperature or even external mechanical stress, which arises, for example, when gluing or soldering the sensor. Of course, the mentioned interference fields and their causes are only a limited excerpt of the conceivable interference fields and their causes, which due to the abundance at this point can not be listed in their entirety.

Vor diesem Hintergrund besteht der Bedarf an einer weiter verbesserten Genauigkeit bzw. Resistenz.Against this background, there is a need for further improved accuracy and resistance.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung stellt eine Messbrücke nach Anspruch 1 , eine Messeinheit nach Anspruch 8 und einen Spiegel nach Anspruch 10 bereit.The invention provides a measuring bridge according to claim 1, a measuring unit according to claim 8 and a mirror according to claim 10.

Demgemäß wird eine Messbrücke der eingangs genannten Art vorgesehen, bei welcher vier weitere, zweite hinsichtlich ihrer Impedanz veränderlicher Elemente außerhalb des Messbereichs angeordnet und mit der Brückenanordnung elektrisch verbunden sind.Accordingly, a measuring bridge of the aforementioned type is provided, in which four further, second impedance-variable elements are arranged outside the measuring range and are electrically connected to the bridge arrangement.

Demgemäß ist weiterhin eine Messeinheit der eingangs genannten Art vorgesehen, welche dazu vorbereitet ist, das Signal einer durch die zweiten Elemente gebildeten Brücke von der durch die ersten Elemente gebildeten Brücke zu subtrahieren.Accordingly, there is further provided a measuring unit of the initially mentioned type, which is prepared to subtract the signal of a bridge formed by the second elements from the bridge formed by the first elements.

Schließlich wird demgemäß auch ein Spiegel der eingangs genannten Art vorgesehen, welcher zumindest eine erfinderische Messbrücke oder eine erfinderische Messeinheit umfasst, welche dazu ausgestaltet ist, das in eine Lagerung des Spiegels eingeleitete Drehmoment und/oder eine davon abhängige Größe zu messen.Finally, accordingly, a mirror of the aforementioned type is provided, which comprises at least one inventive measuring bridge or an inventive measuring unit, which is designed to measure the introduced into a bearing of the mirror torque and / or a size dependent thereon.

Durch Vorsehen zweiter Elemente außerhalb des eigentlichen Messbereichs für die erste physikalische Größe kann der Einfluss der zweiten physikalischen Größe isoliert berücksichtigt werden. Dabei wird davon ausgegangen, dass die erste und die zweite physikalische Größe innerhalb und außerhalb des Messbereichs unterschiedlich wirken. Nach Möglichkeit ist konstruktiv vorzusehen, dass die erste physikalische Größe im - A -By providing second elements outside the actual measurement range for the first physical quantity, the influence of the second physical quantity can be taken into account separately. It is assumed that the first and second physical quantities have different effects inside and outside the measuring range. If possible, constructively provide that the first physical quantity in - A -

Wesentlichen nur innerhalb des Messbereichs wirkt. Desgleichen ist vorzusehen, dass die zweite physikalische Größe außerhalb des Messbereichs hinreichend auf die zweiten Elemente einwirkt. Die erste physikalische Größe stellt dabei die eigentlich zu messende Größe, die zweite Größe dagegen eine Störgröße dar. Durch das differenzierte Einwirken der ersten und zweiten physikalischen Größe auf die ersten und zweiten Elemente kann der Einfluss der zweiten physikalischen Größe, also der Störeinfluss, bei der Messung der ersten physikalischen Größe, also der eigentlichen Messgröße, berücksichtigt werden.Essentially only within the measuring range. Likewise, provision must be made for the second physical variable to act sufficiently on the second elements outside the measuring range. In this case, the first physical variable represents the actual size to be measured, while the second variable represents a disturbance variable. The influence of the second physical variable, that is to say the disturbing influence, on the first and second elements can be influenced by the differentiated effect of the first and second physical quantities Measurement of the first physical quantity, ie the actual measured variable, are taken into account.

Die erfindungsgemäße Messeinheit, welche neben der Messbrücke eine damit verbundene elektronische Schaltung umfasst, wird vorteilhaft bei einer Ausgestaltung der Messbrücke verwendet, bei der zwei Signale zur Verfügung stehen, ein erstes, welches im Wesentlichen die erste und zweite physikalische Größe, also Mess- und Störgröße im Messbereich, beinhaltet und ein zweites, welches im Wesentlichen nur die zweite physikalische Größe, also die Störgröße außerhalb des Messbereichs, beinhaltet, dennoch ist die Erfindung hier vorteilhaft anwendbar. Bei dieser Variante der Erfindung wird mit Hilfe der elektronischen Schaltung das zweite vom ersten Messsignal subtrahiert, sodass im Wesentlichen die Messgröße übrigbleibt, welche direkt nachfolgenden Verarbeitungseinheiten zur Verfügung gestellt werden kann.The measuring unit according to the invention, which comprises an electronic circuit connected thereto in addition to the measuring bridge, is advantageously used in an embodiment of the measuring bridge in which two signals are available, a first, which is essentially the first and second physical variable, ie measurement and disturbance variable in the measuring range, includes and a second, which essentially only the second physical variable, so the disturbance outside the measuring range, includes, yet the invention is advantageously applicable here. In this variant of the invention, the second is subtracted from the first measurement signal with the aid of the electronic circuit, so that essentially the measured quantity remains, which can be provided directly to downstream processing units.

Die Erfindung eignet sich insbesondere auch für die Anwendung bei einem drehbarenThe invention is particularly suitable for use in a rotatable

Spiegel für die erwähnten Laserscanner, da hier eine Störgröße mit erheblicher Intensität, nämlich das Laserlicht, auf die Messelemente wirkt und die Messung der eigentlichen Messgröße, nämlich des Drehwinkels des Spiegels, erschwert.Mirror for the aforementioned laser scanner, since here a disturbance variable with considerable intensity, namely the laser light, acts on the measuring elements and the measurement of the actual measured variable, namely the rotation angle of the mirror, difficult.

An dieser Stelle wird ergänzend angemerkt, dass als Veränderung der Impedanz selbstverständlich eine Änderung des Realteils bei inexistentem Imaginärteil in Betracht kommt. Die Erfindung bezieht sich daher insbesondere auf Widerstands-Messbrücken.At this point it is additionally noted that, of course, a change of the real part in the case of a non-existent imaginary part is considered as a change of the impedance. The invention therefore relates in particular to resistance measuring bridges.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren der Zeichnung.Advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims and from the description in conjunction with the figures of the drawing.

Vorteilhaft ist es, wenn je zwei zweite Elemente mit je zwei ersten Elementen parallel geschaltet sind und die Spannungs- oder Stromzuführung der Brückenanordnungen an den Knoten der genannten Parallelzweige angeordnet ist, wobei die ersten und zweiten Elemente einen gleichsinnigen Impedanzänderungsgradienten hinsichtlich einer Einwirkung einer zweiten, von der ersten unterschiedlichen physikalischen Größe innerhalb und außerhalb des Messbereichs haben. Bei dieser Variante der Erfindung werden im Prinzip zwei Messbrücken parallel angeordnet, wobei die aus den ersten Elementen aufgebaute Brücke von der ersten und der zweiten physikalischen Größe und die aus den zweiten Elementen gebildeten Brücke nur von der zweiten physikalischen Größe beeinflusst wird. Inhomogenitäten der zweiten physikalischen Größe, zum Beispiel durch ein Temperatur(skalar)feld, wirken dabei im wesentlichen gleichermaßen auf die erste und zweite Brücke, weswegen der Störeinfluss der zweiten physikalischen Größe vergleichsweise leicht berücksichtigt werden kann, beispielsweise durch Subtraktion des Messergebnisses der zweiten Brücke von dem der ersten Brücke. Das angesprochene Prinzip lässt sich natürlich beliebig erweitern. Etwa kann eine dritte Brücke parallel geschalten werden, um eine andere zweite physikalische (Stör)größe zu berücksichtigen, sofern dies nicht schon mit der zweiten Brücke möglich ist.It is advantageous if two second elements each having two first elements are connected in parallel and the voltage or current supply of the bridge arrangements is arranged at the node of said parallel branches, wherein the first and second elements have a same-direction impedance change gradient with respect to an action second, from the first different physical size inside and outside the measuring range. In this variant of the invention, in principle, two measuring bridges are arranged in parallel, whereby the bridge composed of the first elements of the first and the second physical variable and the bridge formed of the second elements is influenced only by the second physical quantity. Inhomogeneities of the second physical quantity, for example due to a temperature (scalar) field, act essentially equally on the first and second bridges, which is why the interference of the second physical quantity can be taken into account comparatively easily, for example by subtracting the measurement result of the second bridge of FIG that of the first bridge. Of course, the mentioned principle can be extended arbitrarily. For example, a third bridge may be connected in parallel to account for a different second physical (disturbance) magnitude, if not already possible with the second bridge.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn je ein zweites Element mit je einem ersten Element in Serie geschaltet ist und die ersten Elemente einen zu den zweiten Elementen entgegen gesetzten Impedanzänderungsgradienten hinsichtlich einer Einwirkung einer zweiten, von der ersten unterschiedlichen physikalischen Größe innerhalb und außerhalb des Messbereichs haben. Dies ist eine weitere elegante Möglichkeit, den Einfluss der zweiten, störenden physikalischen Größe zu eliminieren oder zumindest teilweise zu kompensieren. Hier wird jedem ersten Element, das von der ersten und zweiten physikalischen Größe beeinflusst wird, je ein zweites Element in Reihe geschaltet, das nur von der zweiten physikalischen Größe beeinflusst ist. Durch Vorsehen entgegen gesetzter Impedanzänderungsgradienten wird der störende Einfluss der zweiten physikalischen Größe gemindert und im Idealfall sogar aufgehoben. Inhomogenitäten der zweiten physikalischen Größe, zum Beispiel ein Temperatur(skalar)feld wirken dabei im wesentlichen gleichermaßen auf die jeweils zugeordneten ersten und zweiten Elemente und haben daher keinen oder nur geringen Einfluss auf die Messung der ersten physikalischen Größe.It is furthermore advantageous if in each case a second element is connected in series with a first element in each case and the first elements have an impedance change gradient opposite to the second elements with respect to an influence of a second, different physical quantity within and outside the measuring range. This is another elegant way to eliminate or at least partially compensate for the influence of the second disturbing physical quantity. Here, each first element, which is influenced by the first and second physical quantities, is in each case connected in series with a second element, which is influenced only by the second physical quantity. By providing opposing impedance change gradients, the disturbing influence of the second physical quantity is reduced and ideally even canceled out. Inhomogeneities of the second physical quantity, for example a temperature (scalar) field, act essentially equally on the respectively associated first and second elements and therefore have little or no influence on the measurement of the first physical quantity.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Verhältnis der Impedanzänderungsgradienten demIt is advantageous if the ratio of the impedance change gradient the

Kehrwert des Verhältnisses des Einflusses der zweiten physikalischen Größe innerhalb und außerhalb des Messbereichs entspricht. Die zweite physikalische Größe wird innerhalb des Messbereichs möglicherweise nicht gleich wie außerhalb des Messbereichs wirken. Da der Messbereich auch für die Einwirkung der ersten physikalischen Größe vorgesehen ist, wird auch die zweite physikalische Größe dort häufig stärker einwirken. Im Folgenden wird wegen der leichteren Darstellbarkeit von dieser Voraussetzung ausgegangen, wenngleich die daraus resultierende Lehre auch auf andere Verhältnisse anwendbar ist. Das erste Element wird von der zweiten physikalischen Größe also stärker beeinflusst als das zweite Element. Wird jedoch der Impedanzänderungsgradient des zweiten Elements, also dessen Empfindlichkeit, gegenüber der zweiten physikalischen Größe gesteigert, so kann dieser ungleiche Einfluss kompensiert werden. Dies kann durch geeignete Materialwahl oder geeignete Dimensionierung erfolgen. Etwa ist ein größerer Sensor prinzipiell sensitiver gegenüber einwirkenden Einflüssen, weswegen die gewünschte Sensitivität auch mit einem wenig sensitiven Material erreicht werden kann.Inverse of the ratio of the influence of the second physical quantity inside and outside the measuring range corresponds. The second physical quantity may not be the same within the measurement range as outside the measurement range. Since the measuring range is also provided for the action of the first physical variable, the second physical variable will often have a stronger effect there as well. The following is assumed because of the ease of representation of this condition, although the resulting teaching is applicable to other circumstances. The first element is thus more strongly influenced by the second physical quantity than the second element. However, if the impedance change gradient of the second element, that is to say its sensitivity, is increased in comparison with the second physical variable, this unequal influence can be compensated for. This can be done by suitable choice of material or suitable dimensioning. For example, a larger sensor is in principle more sensitive to acting influences, which is why the desired sensitivity can also be achieved with a less sensitive material.

Günstig ist es, wenn die erste physikalische Größe eine aus der Gruppe: Lichtstärke,It is favorable if the first physical size is one of the group: light intensity,

Temperatur, elektrisches Feld, magnetisches Feld, Aktivität, mechanische Spannung oder Druck ist. Dies sind Größen, die sehr häufig mit Messbrücken gemessen werden. Dennoch stellen die angeführten Größen nur einen begrenzten Ausschnitt der denkbaren Möglichkeiten dar, welcher nicht so ausgelegt werden darf, als wäre die Erfindung nur auf diesen Ausschnitt begrenzt.Temperature, electric field, magnetic field, activity, mechanical stress or pressure. These are sizes that are very often measured with measuring bridges. Nevertheless, the listed sizes represent only a limited portion of the conceivable possibilities, which may not be construed as if the invention is limited to this section only.

Günstig ist es weiterhin, wenn die zweite physikalische Größe eine oder mehrere aus der Gruppe: Lichtstärke, Temperatur, elektrisches Feld, magnetisches Feld, Aktivität, mechanische Spannung oder Druck ist oder sind. Dies sind Größen, die oft als Störgrößen in Messbrücken auftreten. Im Bezug auf den beispielhaften Charakter der Aufzählung gilt das bereits oben Gesagte.It is furthermore advantageous if the second physical variable is or are one or more of the group: light intensity, temperature, electric field, magnetic field, activity, mechanical stress or pressure. These are quantities that often occur as disturbances in measuring bridges. With regard to the exemplary character of the enumeration, what has already been said above applies.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die ersten und zweiten Elemente Piezosensoren und die erste physikalische Größe ist eine mechanische Spannung und die zweite physikalische Größe ist eine Lichtstärke und/oder Temperatur. Dies ist eine von vielen denkbaren Kombinationen von Elementen und physikalischen Größen, deren Eignung im Besonderen im Hinblick auf die angesprochenen Spiegel für die Laser-Scanner hervortritt. Dabei wird über eine mechanische Spannung, nämlich in der Lagerung des drehbaren Spiegels, dessen Drehwinkel ermittelt. Die eingesetzten Piezosensoren sind aber gleichzeitig empfindlich gegenüber dem einwirkenden Laserlicht an sich beziehungsweise der daraus resultierenden Temperaturerhöhung und Temperaturverteilung.In an advantageous embodiment of the invention, the first and second elements are piezoelectric sensors and the first physical variable is a mechanical stress and the second physical variable is a light intensity and / or temperature. This is one of many conceivable combinations of elements and physical quantities, the suitability of which stands out in particular with regard to the mentioned mirrors for the laser scanners. It is determined by a mechanical stress, namely in the storage of the rotatable mirror whose angle of rotation. The piezoelectric sensors used are, however, at the same time sensitive to the acting laser light per se or the resulting increase in temperature and temperature distribution.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messeinheit ist weiterhin die elektronische Schaltung dazu vorbereitet, die Brückensignale vor der Subtraktion umgekehrt proportional zum Verhältnis des Einflusses der zweiten physikalischen Größe innerhalb und außerhalb des Messbereichs zu gewichten. Wie bereits erwähnt, wird die zweite physikalische Größe innerhalb des Messbereichs möglicherweise nicht gleich wie außerhalb des Messbereichs wirken. Weiter oben wurde ausgeführt, dass hierzu die Impedanzänderungsgradienten der Elemente, also deren Empfindlichkeit, entsprechend angepasst werden kann. Zusätzlich oder alternativ dazu ist es aber auch möglich, die Brückensignale zweier Brücken mit Hilfe einer elektronischen Schaltung zu gewichten bevor diese subtrahiert werden. Dies kann unter Umständen leichter bewerkstelligt werden, als die Elemente an sich anzupassen. Durch geeignetes Design, kann hier eine einstellbare Gewichtung vorgesehen werden, was die initiale Kalibrierung, beziehungsweise auch eine Kalibrierung wegen Sensordrift erleichtert.In an advantageous embodiment of the measuring unit according to the invention, the electronic circuit is further prepared to weight the bridge signals before the subtraction inversely proportional to the ratio of the influence of the second physical quantity inside and outside the measuring range. As already mentioned, the second physical size within the measuring range may not be the same as outside the measuring range. It has been stated above that for this purpose the impedance change gradients of the elements, ie their sensitivity, can be adapted accordingly. Additionally or alternatively, however, it is also possible to weight the bridge signals of two bridges by means of an electronic circuit before they are subtracted. This may be easier to accomplish than adjusting the elements themselves. By suitable design, an adjustable weighting can be provided here, which facilitates the initial calibration, or even a calibration due to sensor drift.

Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung lassen sich auf beliebige Art und Weise kombinieren.The above embodiments and developments of the invention can be combined in any manner.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:The present invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments indicated in the schematic figures of the drawing. It shows:

Figur 1 eine erste Variante einer erfindungsgemäßen Messbrücke beziehungsweise eine erste erfindungsgemäße Messeinheit;1 shows a first variant of a measuring bridge according to the invention or a first measuring unit according to the invention;

Figur 2 eine zweite Variante einer erfindungsgemäßen Messbrücke beziehungsweise eine zweite erfindungsgemäße Messeinheit;FIG. 2 shows a second variant of a measuring bridge according to the invention or a second measuring unit according to the invention;

Figur 3 eine dritte Variante einer erfindungsgemäßen Messbrücke; Figur 4. einen erfindungsgemäßen, drehbar gelagerten Spiegel.FIG. 3 shows a third variant of a measuring bridge according to the invention; Figure 4. an inventive, rotatably mounted mirror.

In den Figuren der Zeichnung sind gleiche und funktionsgleiche Elemente und Merkmale - sofern nichts Anderes ausgeführt ist - mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures of the drawing are identical and functionally identical elements and features - unless otherwise stated - provided with the same reference numerals.

Figur 1 zeigt eine erste erfindungsgemäße Messbrücke, bei der zwei zweite Elemente R1 b, R3b / R2b, R4b mit je zwei ersten Elementen R1a, R3a / R2a, R4a in einer Brückenanordnung parallel geschaltet sind. Die Spannungszuführung U ist an den Knoten der genannten Parallelzweige angeordnet, weswegen sich im Wesentlichen zwei parallel geschaltete Wheatstone-Brücken ergeben. Eine Wheatstone-Brücke befindet sich dabei innerhalb des Messbereichs A (strichliert dargestellt), innerhalb dem eine erste physikalische Größe einwirken kann, die zweite Wheatstone-Brücke befindet sich außerhalb dieses Bereichs A und ist gegen Verstimmungen aufgrund der ersten physikalischen Größe im wesentlichen invariant. Schließlich sind ein erster und zweiter Differenzverstärker oderFIG. 1 shows a first measuring bridge according to the invention, in which two second elements R1 b, R3b / R2b, R4b, each with two first elements R1a, R3a / R2a, R4a, are connected in parallel in a bridge arrangement. The voltage supply U is arranged at the node of said parallel branches, which is why there are essentially two parallel Wheatstone bridges. A Wheatstone bridge is located within the measuring range A (shown in dashed lines) within which a first physical quantity can act, the second Wheatstone bridge is outside this range A and is substantially invariant to detuning due to the first physical quantity. Finally, a first and second differential amplifier or

Instrumentationsverstärker V1 und V2 dargestellt, welche mit ihrem positiven Eingang mit je einem Ausgang der durch die ersten Elemente R1 a..R4a gebildeten Wheatstone-Brücke und mit ihrem negativen Eingang mit je einem Ausgang der durch die zweiten Elemente R1 b..R4b gebildeten Wheatstone-Brücke verbunden sind.Instrumentation amplifier V1 and V2 shown, which with their positive input with each an output of the Wheatstone bridge formed by the first elements R1 a..R4a and with their negative input each having an output of the Wheatstone bridge formed by the second elements R1 b..R4b are connected.

Für die folgenden Betrachtungen wird beispielhaft davon ausgegangen, dass es sich bei den ersten und zweiten Elementen R1a..R4a und R1 b..R4b um piezoresistive Halbleiterelemente handelt, die erste physikalische Größe eine mechanische Spannung und die zweite physikalische Größe eine Lichtstärke und/oder eine Temperatur ist. Die Lichtstärke und/oder Temperatur ändert sich dabei in der in Pfeilrichtung T angegebenen Richtung, das heißt nimmt in dieser Richtung ab. In diesem Beispiel werden gleichsinnigeFor the following considerations, it is assumed by way of example that the first and second elements R1a..R4a and R1b..R4b are piezoresistive semiconductor elements, the first physical quantity is a mechanical stress and the second physical quantity is a light intensity and / or a temperature is. The light intensity and / or temperature thereby changes in the direction indicated by the arrow T, that is decreases in this direction. In this example, the same direction

Impedanzänderungsgradienten für die ersten und zweiten Elemente R1 a..R4a und R1 b..R4b hinsichtlich einer Einwirkung der zweiten physikalischen Größe, also hier Licht und/oder Temperatur vorgesehen. Durch geeignet konstruktive Maßnahmen wird vorgesehen, dass die mechanische Spannung im Wesentlichen im Messbereich A und außerhalb im wesentlichen nicht wirkt. Die Lichtstärke und/oder Temperatur soll dagegen nach Möglichkeit innerhalb und außerhalb des Messbereichs A gleich wirken. Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass der Messbereich A deutlich dünner als der umgebende Bereich ausgeführt wird. Eine mechanische Spannung wirkt sich daher im Messbereich A viel stärker aus als außerhalb, während das Licht gleichermaßen auf den Messbereich A und den Bereich außerhalb fällt.Impedanzänderungsgradienten for the first and second elements R1 a..R4a and R1 b..R4b with respect to an action of the second physical quantity, so here light and / or temperature provided. By suitably constructive measures it is provided that the mechanical stress essentially does not act substantially in the measuring range A and outside. On the other hand, the light intensity and / or temperature should, if possible, have the same effect within and outside the measuring range A. This can be achieved, for example, by making the measuring area A significantly thinner than the surrounding area. Therefore, a mechanical stress has a much stronger effect in the measuring range A than it does outside, while the light equally affects the measuring range A and the range outside.

Durch die beiden Verstärker V1 und V2 wird nun bewirkt, dass das Signal der zweiten Brücke, also das Störsignal, vom Signal der ersten Brücke subtrahiert wird, sodass zwischen den Ausgängen der beiden Verstärker V1 und V2 die Ausgangsspannung Ua anliegt, welche die im Messbereich A wirkende mechanische Spannung ohne Störeinfluss des Lichts und/oder der Temperatur repräsentiert. Die Eliminierung des Licht- beziehungsweise Temperatureinflusses aus dem Differenzsignal gelingt umso besser, je näher die ersten und zweiten Widerstände R1 a..R1 d, R2a..R2d zueinander angeordnet sind, also R1 a zu R1 b, R2a zu R2b und so weiter. Auf diese Weise wirken Inhomogenitäten der Lichtintensität beziehungsweise der Temperatur im wesentlichen gleich auf die erste und die zweiteThe effect of the two amplifiers V1 and V2 is that the signal of the second bridge, that is to say the interference signal, is subtracted from the signal of the first bridge, so that the output voltage Ua is applied between the outputs of the two amplifiers V1 and V2 acting mechanical stress without disturbing the light and / or temperature represents. The elimination of the influence of light or temperature from the difference signal succeeds the better the closer the first and second resistors R1a..R1d, R2a..R2d are arranged to one another, ie R1a to R1b, R2a to R2b and so on. In this way, inhomogeneities of the light intensity or of the temperature act essentially the same on the first and the second

Messbrücke. Konstruktiv muss hier ein Kompromiss geschlossen werden zwischen dieser Forderung, und der Forderung, dass die erste physikalische Größe im wesentlichen nur innerhalb des Messbereichs A, also auf die zweiten Elemente R1 b..R4b, wirkt.Measuring bridge. In terms of design, a compromise has to be made between this requirement and the requirement that the first physical quantity acts essentially only within the measuring range A, that is to say on the second elements R1 b... R 4 b.

Das angesprochene Prinzip lässt sich natürlich beliebig erweitem. Etwa kann eine dritte Brücke parallel geschalten werden, um eine andere zweite physikalische (Stör)größe zu berücksichtigen, sofern diese weitere Störgröße nicht schon mit Hilfe der zweiten Elemente R1 b..R4b kompensiert werden kann.Of course, the mentioned principle can be extended as desired. For example, a third bridge may be connected in parallel to give a different second physical (disturbance) magnitude take into account, if this further disturbance can not be compensated with the help of the second elements R1 b..R4b.

Die in der Figur 2 dargestellte Messeinheit 3 weist dieselbe Messbrücke 1 auf wie in Figur 1 , jedoch eine andere elektronische Schaltung 2. In diesem Fall wird das Signal der durch die zweiten Elemente R1 b..R4b gebildeten Brücke an den dritten Verstärker V3 und das Signal der durch die ersten Elemente R1 a..R4a gebildeten Brücke an den vierten Verstärker V4 geführt. Anschließend werden die Ausgangssignale der beiden Verstärker V3 und V4 mit Hilfe zweiter Potentiometer P1 und P2 gewichtet und so an die Eingänge eines fünften Verstärkers V5 geführt, dass das gewichtete Signal der zweiten Brücke vom gewichteten Signal der ersten Brücke abgezogen wird. Am Ausgang des fünften Verstärkers V5 liegt somit eine Ausgangsspannung Ua an, welche wieder die im Messbereich A wirkende mechanische Spannung ohne Störeinfluss des Lichts und/oder der Temperatur repräsentiert. Die beiden Potentiometer P1 und P2 (prinzipiell würde auch eines von beiden für die Gewichtung ausreichen) können so eingestellt werden, dass der Anteil des positiven/negativen Eingangssignals am fünften Verstärker V5, welcher durch die zweite physikalische Größe, also durch das Licht und/oder die Temperatur, verursacht wird, jeweils gleich groß ist, selbst wenn die zweite physikalische Größe innerhalb und außerhalb des Messbereichs A verschieden wirkt.The measuring unit 3 shown in FIG. 2 has the same measuring bridge 1 as in FIG. 1, but a different electronic circuit 2. In this case, the signal of the bridge formed by the second elements R1 b..R4b is applied to the third amplifier V3 and the Signal of the bridge formed by the first elements R1 a..R4a led to the fourth amplifier V4. Subsequently, the output signals of the two amplifiers V3 and V4 are weighted by means of second potentiometers P1 and P2 and fed to the inputs of a fifth amplifier V5 such that the weighted signal of the second bridge is subtracted from the weighted signal of the first bridge. At the output of the fifth amplifier V5 thus there is an output voltage Ua, which again represents the mechanical stress acting in the measuring range A without disturbing the light and / or the temperature. The two potentiometers P1 and P2 (in principle one of them would also be sufficient for the weighting) can be set so that the proportion of the positive / negative input signal at the fifth amplifier V5, which is determined by the second physical variable, ie by the light and / or the temperature caused is the same, even if the second physical quantity inside and outside the measuring range A acts differently.

An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass für die ersten und zweiten Elemente R1 a..R4a und R1 b..R4b auch gegensinnige Impedanzänderungsgradienten vorgesehen werden können. In diesem Fall wären die Signale der beiden Brücken zu addieren anstelle zu subtrahieren.It should be noted at this point that opposing impedance change gradients can also be provided for the first and second elements R1a..R4a and R1b..R4b. In this case, the signals of the two bridges would have to be added instead of subtracted.

Figur 3 zeigt eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Messbrücke 1 , bei der je ein zweites Element R1 b..R4b mit je einem ersten Element R1 a..R4a in Serie geschaltet ist und die ersten Elemente R1 a..R4a einen zu den zweiten Elementen R1 b..R4b entgegen gesetzten Impedanzänderungsgradienten hinsichtlich einer Einwirkung der zweiten physikalischen Größe haben. Hier wird der Einfluss der zweiten physikalischen Größe, also der Störgröße, dadurch gemindert oder eliminiert, dass die Störung eine Erhöhung/Senkung der Spannung an den ersten Elementen R1a..R4a und eine Senkung/Erhöhung der Spannung an den zweiten Elementen R1 b..R4b bewirkt, sodass der Gesamteinfluss der genannten Spannungen vermindert, wenn nicht sogar eliminiert wird. Vorteilhaft, ist hierfür im Prinzip keine weitere elektronische Schaltung nötig, es reicht ein einfacherFIG. 3 shows a further variant of the measuring bridge 1 according to the invention, in which a second element R1 b..R4b is connected in series with a respective first element R1a..R4a, and the first elements R1a..R4a one to the second elements R1 b..R4b have opposite impedance change gradients with respect to the second physical quantity. Here, the influence of the second physical variable, ie the disturbance, is reduced or eliminated by the disturbance increasing / decreasing the voltage across the first elements R1a..R4a and lowering / increasing the voltage across the second elements R1b .. R4b causes, so that the total influence of said voltages is reduced, if not eliminated. Advantageously, this is in principle no further electronic circuit necessary, it is enough a simple

Differenzverstärker oder Instrumentationsverstärker für die Messung der Brückenspannung. Zusätzlich kann das Verhältnis der Impedanzänderungsgradienten der ersten und zweiten Elemente R1a..R4a und R1 b..R4b dem Kehrwert des Verhältnisses des Einflusses der zweiten physikalischen Größe innerhalb und außerhalb des Messbereichs A angepasst werden, wenn die zweite physikalische Größe innerhalb und außerhalb des Messbereichs A unterschiedlich wirkt.Differential amplifier or instrumentation amplifier for the measurement of the bridge voltage. In addition, the ratio of the impedance change gradients of the first and second elements R1a..R4a and R1b..R4b can be adjusted to the reciprocal of the ratio of the influence of the second physical quantity inside and outside the measurement range A when the second physical quantity is inside and outside the measurement range A acts differently.

Das angesprochene Prinzip lässt sich natürlich beliebig erweitern. Etwa kann je ein dritter Widerstand in Serie geschalten werden, um eine andere zweite physikalische (Stör)größe zu berücksichtigen, sofern diese weitere Störgröße nicht schon mit Hilfe der zweiten Elemente R1 b..R4b kompensiert werden kann.Of course, the mentioned principle can be extended arbitrarily. For example, a third resistor may each be connected in series in order to take into account a different second physical (disturbance) quantity, provided that this additional disturbance variable can not already be compensated for with the aid of the second elements R1b..R4b.

In einer weiteren bevorzugten Variante der Erfindung werden die Maßnahmen von Fig. 2 und Fig. 3, also sowohl das Gewichten der Brückenausgangssignale als auch das Gewichten der Impedanzänderungsgradienten, vorgesehen. Ein Anpassen der Messeinheit 3 an unterschiedliche Wirkungen der zweiten physikalischen Größe innerhalb und außerhalb des Messbereichs A ist durch die beiden Freiheitsgrade besonders einfach möglich.In a further preferred variant of the invention, the measures of FIG. 2 and FIG. 3, ie both the weighting of the bridge output signals and the weighting of the impedance change gradients, are provided. An adaptation of the measuring unit 3 to different effects of the second physical quantity inside and outside the measuring range A is particularly easy by the two degrees of freedom.

Figur 4 zeigt schließlich einen Spiegel 4, einen ersten Rahmen 5 und einen zweiten Rahmen 6. Der Spiegel 4 ist über Torsionsfedern 7 mit dem Rahmen 5 verbunden, welcher wiederum über Torsionsfedern 8 mit dem Rahmen 6 verbunden ist. Die Achsen derFinally, FIG. 4 shows a mirror 4, a first frame 5 and a second frame 6. The mirror 4 is connected via torsion springs 7 to the frame 5, which in turn is connected to the frame 6 via torsion springs 8. The axes of

Torsionsfedem 7 und 8 sind dabei z.B. rechtwinkelig zueinander angeordnet, sodass der Spiegel 4 in jede beliebige Richtung verschwenkt werden kann. Die gesamte Anordnung kann einstücktig ausgeführt werden, sodass ein in die Torsionsfedern 7 und 8 eingeleitetes Drehmoment, welches durch eine Drehung des Spiegels 4 verursacht wird, auch in den mit den Torsionsfedern 7 und 8 verbundenen Rahmen 5 und 6 eingeleitet wird. An denTorsion springs 7 and 8 are e.g. arranged at right angles to each other, so that the mirror 4 can be pivoted in any direction. The entire assembly can be made in one piece, so that an introduced into the torsion springs 7 and 8 torque, which is caused by rotation of the mirror 4, also in the connected to the torsion springs 7 and 8 frames 5 and 6 is initiated. To the

Verbindungspunkten der Torsionsfedern 7 und 8 mit den Rahmen 5 und 6 befindet sich je eine Messbrücke 1a..1 d (alternativ je eine Messeinheit), welche die Verformung an je einer Verbindungsstelle misst und ein Signal an eine übergeordnete Verarbeitungseinheit (nicht dargestellt) leitet, die aus den ermittelten Messwerten den Verdrehwinkel des Spiegels 4 in beiden Achsen errechnen kann. Bei dieser Variante wird der Verdrehwinkel mit einer vom Drehmoment abhängigen Größe bestimmt, nämlich über die dadurch im Rahmen 5 oder 6 verursachte Verformung. Denkbar ist jedoch auch, direkt das Drehmoment zu messen, etwa durch Montage der Messbrücken 1 a..1 d direkt an den Torsionsfedern 7 und 8. Denkbar ist auch, nur je eine Messbrücke je Achse zu verwenden, was den Rechenaufwand minimiert, die erzielbare Genauigkeit aber ebenfalls senkt. Abschließend wird darauf hingewiesen, dass sich die Erfindung auf eine Vielzahl von Anwendungsfällen bezieht, auch wenn die Erfindung nur anhand eines speziellen Anwendungsfalles geschildert wurde. Für den Fachmann ist es aber ein Leichtes und es liegt daher im Bereich seines Könnens, die Erfindung auf seine Bedürfnisse anzupassen. Connection points of the torsion springs 7 and 8 with the frame 5 and 6 is ever a measuring bridge 1a..1 d (alternatively one measuring unit), which measures the deformation at each connection point and a signal to a higher-level processing unit (not shown) passes, which can calculate the angle of rotation of the mirror 4 in both axes from the measured values determined. In this variant, the twist angle is determined with a torque-dependent variable, namely on the deformation caused thereby in frame 5 or 6. It is also conceivable, however, to directly measure the torque, for example by mounting the measuring bridges 1 a..1 d directly to the torsion springs 7 and 8. It is also conceivable to use only one measuring bridge per axis, which minimizes the computational effort, the achievable Accuracy but also lowers. Finally, it should be noted that the invention relates to a variety of applications, even if the invention has been described only with reference to a specific application. However, it is easy for the skilled person and it is therefore within the scope of his ability to adapt the invention to his needs.

Claims

Ansprüche: Claims: 1. Messbrücke (1 ), umfassend vier erste hinsichtlich ihrer Impedanz veränderlicher Elemente (R1 a..R4a) in Brückenanordnung, welche in einem Messbereich (A) angeordnet sind, der für eine Einwirkung einer ersten physikalischen Größe und einer damit begründeten Veränderung der besagten Impedanzen vorbereitet ist, wobei vier weitere, zweite hinsichtlich ihrer Impedanz veränderlicher Elemente (R1 b..R4b) außerhalb dieses Messbereichs (A) angeordnet und mit der Brückenanordnung elektrisch verbunden sind.A measuring bridge (1) comprising four first impedance-variable elements (R1a..R4a) in bridge arrangement, which are arranged in a measuring range (A), which is responsible for an action of a first physical quantity and a change of the said Impedances is prepared, wherein four further, with respect to their impedance variable elements (R1 b..R4b) outside this measuring range (A) are arranged and electrically connected to the bridge assembly. 2. Messbrücke (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass je zwei zweite Elemente (R1 b, R3b / R2b, R4b) mit je zwei ersten Elementen (R1 a, R3a / R2a, R4a) parallel geschaltet sind und die Spannungs- oder Stromzuführung der Brückenanordnungen an den Knoten der genannten Parallelzweige angeordnet ist, wobei die ersten und zweiten Elemente einen gleichsinnigen Impedanzänderungsgradienten hinsichtlich einer Einwirkung einer zweiten, von der ersten unterschiedlichen physikalischen Größe innerhalb und außerhalb des Messbereichs (A) haben.2. measuring bridge (1) according to claim 1, characterized in that each two second elements (R1 b, R3b / R2b, R4b) with two first elements (R1 a, R3a / R2a, R4a) are connected in parallel and the voltage or the power supply of the bridge arrangements is arranged at the nodes of said parallel branches, wherein the first and second elements have a same-direction impedance change gradient with respect to a second, from the first different physical size inside and outside the measuring range (A). 3. Messbrücke (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass je ein zweites Element (R1 b..R4b) mit je einem ersten Element (R1 a..R4a) in Serie geschaltet ist und die ersten Elemente (R1 a..R4a) einen zu den zweiten Elementen (R1 b..R4b) entgegen gesetzten Impedanzänderungsgradienten hinsichtlich einer Einwirkung einer zweiten, von der ersten unterschiedlichen physikalischen Größe innerhalb und außerhalb des Messbereichs (A) haben.3. measuring bridge (1) according to claim 1, characterized in that in each case a second element (R1 b..R4b), each with a first element (R1 a..R4a) is connected in series and the first elements (R1 a .. R4a) have an impedance change gradient opposite to the second elements (R1b..R4b) with regard to an action of a second, different from the first physical variable inside and outside the measuring range (A). 4. Messbrücke (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Impedanzänderungsgradienten dem Kehrwert des Verhältnisses des Einflusses der zweiten physikalischen Größe innerhalb und außerhalb des Messbereichs (A) entspricht.4. measuring bridge (1) according to claim 3, characterized in that the ratio of the impedance change gradient corresponds to the inverse of the ratio of the influence of the second physical quantity inside and outside the measuring range (A). 5. Messbrücke (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste physikalische Größe eine aus der Gruppe: Lichtstärke, Temperatur, elektrisches Feld, magnetisches Feld, Aktivität, mechanische Spannung oder Druck ist. 5. measuring bridge (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first physical quantity is one of the group: light intensity, temperature, electric field, magnetic field, activity, mechanical stress or pressure. 6. Messbrücke (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite physikalische Größe eine oder mehrere aus der Gruppe: Lichtstärke, Temperatur, elektrisches Feld, magnetisches Feld, Aktivität, mechanische Spannung oder Druck ist oder sind.6. measuring bridge (1) according to one of claims 2 to 5, characterized in that the second physical quantity is or are one or more of the group: light intensity, temperature, electric field, magnetic field, activity, mechanical stress or pressure. 7. Messbrücke (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Elemente Piezosensoren (R1 a..R4a, R1 b..R4b) sind und die erste physikalische Größe eine mechanische Spannung ist und die zweite physikalische Größe Lichtstärke und/oder Temperatur ist.7. measuring bridge (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first and second elements piezoelectric sensors (R1 a..R4a, R1 b..R4b) and the first physical quantity is a mechanical stress and the second physical quantity Light intensity and / or temperature is. 8. Messeinheit (3), umfassend eine Messbrücke (1 ) nach Anspruch 2 und eine damit verbundene elektronische Schaltung (2), welche dazu vorbereitet ist, das Signal der durch die zweiten Elemente (R1 b..R4b) gebildeten Brücke von der durch die ersten Elemente (R1 a..R4a) gebildeten Brücke zu subtrahieren.8. measuring unit (3), comprising a measuring bridge (1) according to claim 2 and an associated electronic circuit (2) which is prepared, the signal of the bridge formed by the second elements (R1 b..R4b) of the Subtract the bridge formed by the first elements (R1 a..R4a). 9. Messeinheit (3) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung (2) dazu vorbereitet ist, die Brückensignale vor der Subtraktion umgekehrt proportional zum Verhältnis des Einflusses der zweiten physikalischen Größe innerhalb und außerhalb des Messbereichs (A) zu gewichten.9. measuring unit (3) according to claim 8, characterized in that the electronic circuit (2) is prepared to weight the bridge signals before subtraction inversely proportional to the ratio of the influence of the second physical quantity inside and outside the measuring range (A). 10. Spiegel, welcher zumindest um eine Achse drehbar gelagert ist, mit zumindest einer Messbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder einer Messeinheit nach einem der Ansprüche 8 bis 9, welche dazu ausgestaltet ist, das in eine Lagerung des Spiegels eingeleitete Drehmoment und/oder eine davon abhängige Größe zu messen. 10. mirror, which is rotatably mounted at least about an axis, with at least one measuring bridge according to one of claims 1 to 7 or a measuring unit according to one of claims 8 to 9, which is adapted to the introduced into a bearing of the mirror torque and / or measure a size dependent thereon.
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