用于探测mems传感器元件的污物的方法和设备
阅读说明：本技术 用于探测mems传感器元件的污物的方法和设备 (Method and device for detecting contamination of a MEMS sensor element ) 是由 R·屈尔斯 F·施普林格 M·基特尔 于 2021-03-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于探测微机电传感器元件的污物的方法,所述方法包括以下步骤：输出用于控制加热装置的加热控制信号,以便加热传感器元件；接收测量信号,所述测量信号代表借助被加热的传感器元件所测量的物理参量；基于所测量的物理参量来求取：传感器元件是具有污物还是无污物；输出结果信号,该结果信号代表结果,该结果表明传感器元件是具有污物还是无污物。本发明还涉及一种设备。(The invention relates to a method for detecting contamination of a microelectromechanical sensor element, comprising the following steps: outputting a heating control signal for controlling the heating device so as to heat the sensor element; receiving a measurement signal representing a physical variable measured by means of the heated sensor element; based on the measured physical variable, the following is determined: whether the sensor element has contamination or is contaminant free; a result signal is output, which represents a result which indicates whether the sensor element is soiled or free of soiling. The invention also relates to a device.)
技术领域
本发明涉及一种用于探测微机电传感器元件的污物的方法。本发明还涉及一种设备。
背景技术
在市场上存在介质稳固的和/或防水的MEMS压力传感器，所述MEMS压力传感器通过感测元件或整个构件的凝胶覆盖而获得这种特性。这些压力传感器例如在移动电话或智能手表中用于测量空气压力并且因此暴露于极不同的环境影响和液态或固态形式的介质。
保护凝胶一方面与感测元件直接接触，另一方面与环境直接接触。当传感器(更准确地说，凝胶表面)与水、其它液体或一般地说污物接触时，这可能导致对压力传感器输出信号产生影响。传感器信号的改变可以通过凝胶与污物的化学、电或机械相互作用来实现。在此，不重要是的，是否涉及传感器信号被污物直接影响或者是否由于凝胶特性改变而存在次级的相互作用。传感器的精度可能比所需的更差。
因为这些传感器设置为专门用于防水的终端设备，所以通常会被水污染。在从水中取出该器具之后，水经常保留在传感器上。
污物会导致传感器特性不再相应于规范或者传感器完全无法使用。
因此存在探测微机电传感器元件的污物的需求。
公开文献DE 10 2008 002 579 A1公开了一种微机电传感器元件。
公开文献DE 10 2005 029 841 A1公开了一种具有集成的加热装置的微机械装置。
发明内容
本发明所基于的任务在于，提供一种用于有效地探测微机电传感器元件的污物的方案。
该任务借助本发明来解决。由优选实施方式得出本发明的有利构型。
根据第一方面，提供一种用于探测微机电传感器元件的污物的方法，该方法包括以下步骤：
-输出用于控制加热装置的加热控制信号，以便加热传感器元件；
-接收测量信号，所述测量信号代表借助被加热的传感器元件所测量的物理参量；
-基于所测量的物理参量求取：传感器元件是具有污物还是无污物；
-输出结果信号，该结果信号代表结果，该结果表明传感器元件是具有污物还是无污物。
根据第二方面，提供一种用于探测微机电传感器元件的污物的设备，该设备包括：
-微机电传感器元件；
-加热装置，该加热装置设置为用于加热微机电传感器元件；以及
-信号处理装置，
其中，信号处理装置具有输出端，所述输出端设置为用于输出用于控制加热装置的加热控制信号，以便加热传感器元件，
其中，信号处理装置具有输入端，所述输入端设置为用于接收测量信号，所述测量信号代表借助被加热的传感器元件所测量的物理参量，
其中，信号处理装置具有处理器，所述处理器设置为用于基于所测量的物理参量求取：传感器元件是具有污物还是无污物，
其中，输出端设置为用于输出结果信号，所述结果信号代表结果，所述结果表明传感器元件是具有污物还是无污物。
本发明基于并且包括以下认识：上述任务能够通过以下方式解决，传感器元件变热或者说加热，其中，传感器元件在变热状态下或者说在加热状态下测量物理参量。
基于该所测量的物理参量求取：传感器元件是具有污物还是无污物。输出相应的结果。
如果传感器元件具有污物，则这将对测量过程、即对物理参量的测量有影响。
此外，尤其，如果该传感器元件具有污物，则传感器元件的热特性、尤其热传递特性会变化。
传感器元件的热力学周围环境条件通常对物理参量的测量具有影响。也就是说，所测量的物理参量尤其与热力学周围环境条件有关。
因此，通过加热传感器元件可以有效地影响传感器元件的热力学周围环境条件，然后这又反映在所测量的物理参量中。
因此，基于所测量的物理参量可以有效地求取：传感器元件是具有污物还是无污物。
因此，尤其实现如下技术优点，提供一种用于有效地探测微机电传感器元件的污物的方案。
对于术语“微机电”尤其可以使用缩写MEMS。
例如，传感器元件是选自以下传感器元件组的元素：压力传感器、温度传感器、气体传感器、电压传感器、电流传感器、电阻传感器、视频传感器、激光雷达传感器、超声波传感器、磁场传感器、红外传感器和雷达传感器。
根据一个实施方式设置，传感器元件借助保护层被保护。例如，传感器元件借助保护层被遮盖。因此，根据一个实施方式，传感器元件设置有保护层。
根据一个实施方式，保护层包括凝胶。
因此，污物尤其可以沉积在凝胶上。
表述“传感器元件无污物”尤其包括：凝胶无污物。
表述“传感器元件具有污物”尤其包括：凝胶具有污物。
如果传感器元件是压力传感器，则所测量的物理参量是压力。
如果传感器元件是温度传感器，则所测量的物理参量是温度。
根据一个实施方式，污物包括流体和/或灰尘和/或固体和/或生物膜。
根据一个实施方式，流体包括水和/或一种或多种其它液体。
根据一个实施方式设置，接收温度信号，所述温度信号代表传感器元件温度和/或周围环境温度，其中，基于温度信号来求取：传感器元件是具有污物还是无污物。
由此，例如实现如下技术优点，可以有效地求取传感器元件是具有污物还是无污物。
由于传感器元件温度和/或周围环境温度是已知的，可以有效地求取传感器元件的热力学周围环境条件或热特性、尤其是热传递特性。
热力学周围环境条件或热传递特性对所测量的物理参量有影响，所以可以有效地求取：传感器元件是具有污物还是无污物。
根据一个实施方式设置，接收代表参考物理参量的参考信号，其中，基于该参考物理参量来求取：传感器元件是具有污物还是无污物。
由此，例如实现如下技术优点，可以有效地求取，传感器元件是具有污物还是无污物。
例如，在已知条件下、尤其已知热力学周围环境条件下，借助机电传感器元件、尤其借助微机电传感器元件来测量参考物理参量。尤其，传感器元件在测量参考物理参量时无污物。也就是说，在测量参考物理参量时，传感器元件无污物。
这尤其意味着，在所测量的物理参量与参考物理参量有偏差、尤其有预先确定的公差范围内的偏差时可以确定：传感器元件具有污物。
如果该偏差例如位于预先确定的公差范围以内，则例如确定：传感器元件无污物，否则例如确定：传感器元件具有污物。
这尤其意味着，根据一个实施方式设置，求取所测量的物理参量与参考物理参量的偏差，其中，基于所求取的偏差来求取：传感器元件是具有污物还是无污物。
参考物理参量和所测量的物理参量具有相同的物理单位。
在一个实施方式中设置，所测量的物理参量包括物理参量的时间变化曲线。
在一个实施方式中设置，参考物理参量包括参考物理参量的时间变化曲线。
根据一个实施方式设置，在求取到传感器元件具有污物时求取：该污物是哪种类型，其中，结果附加地表明污物的类型。
由此，例如实现如下技术优点：根据污物的类型可以有效地采取合适的对策。
如果污物包括流体、尤其是水，则例如可以建议或引发或实施干燥过程。
如果污物例如包括灰尘，则例如可以建议或引发或实施清洁过程。
根据一个实施方式，基于所测量的物理参量和/或基于温度信号和/或基于参考物理参量来求取：污物是哪种类型。
根据一个实施方式设置，接收水接触信号，该水接触信号代表传感器元件的周围环境与水的所识别的接触，其中，求取“污物是哪种类型”包括确定“该污物的类型包括水”。
由此，例如实现如下技术优点：可以有效地求取污物的类型。
根据一个实施方式设置，在求取到传感器元件具有污物时，输出控制信号以控制污物去除过程。
由此，例如实现如下技术优点：能够有效地去除污物。
根据一个实施方式设置，基于所求取的污物类型来输出控制信号。
由此，例如实现如下技术优点：能够有效地去除污物。
根据一个实施方式设置，如果污物包括水和/或流体和/或生物膜，则控制信号包括用于控制加热装置的干燥加热控制信号，以便通过加热来干燥传感器元件，和/或，如果污物包括灰尘和/或固体和/或生物膜，则控制信号包括用于控制清洁装置的清洁控制信号，以便清洁传感器元件。
由此，例如实现如下技术优点：能够有效地去除污物。
根据一个实施方式设置，传感器元件被器具所包括，该器具包括水识别装置，该水识别装置设置为用于识别该器具与水的接触并且在识别到该器具与水的接触时输出水接触信号，其中，根据“是否已接收到水接触信号”来求取：污物是哪种类型。
由此，例如实现如下技术优点，能够有效地求取污物的类型。
例如，如果没有接收到水接触信号，则例如确定：污物不包括流体，尤其不包括水。
例如，如果接收到水接触信号，则例如确定污物包括流体、尤其水。
根据一个实施方式，传感器元件被器具所包括。
根据一个实施方式，该器具包括水识别装置。
根据一个实施方式，水识别装置设置为用于，识别器具与水的接触并且在识别到该器具与水接触时输出水接触信号。
根据一个实施方式，该器具包括充电电子装置。
根据一个实施方式，该器具是选自以下器具组的元素：终端设备，尤其移动电话、智能手表、计算机、笔记本电脑、平板电脑、卫星导航器具。
根据一个实施方式设置，传感器元件布置在壳体内部。
根据一个实施方式，该器具包括壳体。
根据一个实施方式设置，加热装置包括一个或多个加热元件。
根据一个实施方式设置，传感器元件具有加热元件。
根据一个实施方式设置，加热元件集成在传感器元件中。
根据一个实施方式设置，在传感器元件的外表面上布置有加热元件。
根据一个实施方式设置，壳体包括加热元件。
根据一个实施方式设置，加热元件集成在壳体中。
根据一个实施方式设置，壳体的表面设置有加热元件。
根据一个实施方式设置，在壳体的表面上布置有加热元件。
根据一个实施方式设置，传感器元件布置在电路板上。
根据一个实施方式设置，电路板包括加热元件。
根据一个实施方式设置，传感器元件布置在衬底或载体上。
根据一个实施方式设置，衬底或载体包括加热元件。
如果对于加热元件使用单数，则应始终解读为包括复数，并且反之亦然。
根据一个实施方式设置，传感器元件被器具所包括，该器具包括水识别装置，该水识别装置设置为用于识别该器具与水的接触并且在识别到该器具与水接触时输出水接触信号，其中，输入端设置为用于接收水接触信号，其中，处理器设置为用于，根据“是否已接收到水接触信号”来求取：污物是哪种类型。
一个实施方式包括污物去除装置，该污物去除装置设置为用于实施污物去除过程，其中，输出端设置为用于输出控制信号以控制污物去除装置，以便实施污物去除过程。
根据一个实施方式设置，污物去除装置包括以下内容中的一个或多个：加热装置、用于以振动来加载传感器元件的压电元件。
一个实施方式包括存储器，在所述存储器中存储有参考物理参量，其中，参考物理参量和所测量的物理参量具有相同的物理单位，其中，输入端设置为用于从存储器接收代表参考物理参量的参考信号，其中，处理器设置为用于基于所述参考物理参量来求取：传感器元件是具有污物还是无污物，其中，处理器设置为用于求取所测量的物理参量与参考物理参量的偏差，其中，处理器设置为用于，基于所求取的偏差来求取：传感器元件是具有污物还是无污物。
结合所述方法所说明的优点类似地适用于所述设备的相应实施方式并且反之亦然。
表述“或者说”表示“亦或”。
表述“亦或”表示“和/或”。
根据一个实施方式设置，根据第一方面的方法是计算机实现的方法。
根据一个实施方式设置，借助根据第二方面的设备来实施或执行根据第一方面的方法。
类似地由相应的方法特征得出设备特征，并且反之亦然。这尤其意味着，类似地由所述方法的相应技术功能性中得出所述设备的技术功能性，并且反之亦然。
在一个实施方式中设置，根据第二方面的设备设置为用于实施根据第一方面的方法的所有步骤。
附图说明
在附图中示出并且在下面的说明中详细阐述本发明的实施例。附图中示出：
图1用于探测微机电传感器元件的污物的方法的流程图，
图2设备，
图3-6微机电传感器元件，和
图7曲线图。
下面，对于相同的特征可以使用相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出用于探测微机电传感器元件的污物的方法的流程图，该方法包括以下步骤：
-输出101用于控制加热装置的加热控制信号，以便加热传感器元件；
-接收103测量信号，所述测量信号代表借助被加热的传感器元件所测量的物理参量；
-基于所测量的物理参量求取105：传感器元件是具有污物还是无污物；
-输出107结果信号，所述结果信号代表结果，该结果表明传感器元件是具有污物还是无污物。
在一个实施方式中，根据第一方面的方法包括测量物理参量，尤其是测量物理参量随时间的变化曲线。
图2示出用于探测微机电传感器元件203的污物601、701的设备201，该设备包括：
-微机电传感器元件203；
-加热装置205，该加热装置设置为用于加热微机电传感器元件203；以及
-信号处理装置207，
其中，信号处理装置207具有输出端209，该输出端设置为用于输出用于控制加热装置205的加热控制信号，以便加热传感器元件203，
其中，信号处理装置207具有输入端211，该输入端设置为用于接收测量信号，这些测量信号代表借助被加热的传感器元件203所测量的物理参量，
其中，信号处理装置207具有处理器213，该处理器设置为用于基于所测量的物理参量求取：传感器元件203是具有污物601、701还是无污物601、701，
其中，输出端209设置为用于输出结果信号，该结果信号代表结果，该结果表明传感器元件203是具有污物601、701还是无污物601、701。
图3示出微机电传感器元件501。传感器元件501例如是压力传感器。
传感器元件501布置在壳体503的底部502上。
根据图3的视图以及根据图4至图6的视图是横截面视图。
壳体503的彼此对置的两个侧壁以附图标记505、507表示。
因此，在壳体503中形成空腔509，传感器元件501布置在该空腔中。
空腔509部分地被保护层511填充，该保护层例如可以包括凝胶。
在此设置，保护层511完全遮盖传感器元件501。
在图3中所示的图示中，只要在保护层511上没有形成污物，则传感器元件501无污物。
图4示出具有保护层511的传感器元件501，其中，在保护层511上布置有水601。
就此而言，传感器元件501具有污物、当前为水。
图5示出包括保护层511的传感器元件501，其中，在保护层511上已积聚有灰尘701。
就此而言，传感器元件501具有污物，在当前情况下为灰尘701。
除了图3中示出的示图以外，图6还示出包括多个加热元件的加热装置800。
第一加热元件801布置在壳体503的左侧壁505(关于纸面)的内表面上。
第二加热元件803对置地布置在右壳体侧壁507的内表面上。
第三加热元件805布置在传感器元件501与壳体503的底部502之间。
第四加热元件807布置在传感器元件501上，即布置在传感器元件501的背离底部502的一侧上。
此外，第五加热元件809布置在壳体503的下侧。下侧809是壳体503的背离底部502的一侧。
图7示出了曲线图901。
曲线图901包括x轴903和y轴905。
x轴903以任意单位表示时间。
y轴905以任意单位表示传感器元件501所测量的物理参量。
例如，如果传感器元件501是压力传感器，则所测量的物理参量相当于压力。
在曲线图901中绘出三个曲线：第一曲线907、第二曲线909和第三曲线911。
三个曲线907、909、911示出传感器元件501的与所测量压力相应的压力信号的时间响应特性。
该时间响应特性尤其与热力学周围环境条件和/或与传感器元件501的热传递特性有关。
这意味着，在周围环境温度不同时，时间响应特性变化。
因此，在第一温度下记录第一曲线907。在第二温度下记录第二曲线909。在第三温度下记录第三曲线911。这些温度代表传感器元件501的周围环境温度。
在此，第一温度大于第二温度。第二温度大于第三温度。
在x轴903上以附图标记913绘出第一曲线907的第一时间常数，并且绘出第二曲线909的第二时间常数915和第三曲线911的第三时间常数917。
在y轴905上绘出第一曲线907的第一幅度919和第二曲线909的第二幅度921和第三曲线911的第三幅度923。相对于偏移925来限定三个幅度919、921和923。
由于时间响应特性的热相关性，这三个时间常数是不同的并且这三个幅度是不同的。
然而，如果传感器元件、在这里尤其是保护层511设置有污物，则时间响应特性附加地变化。
因此，如果在洁净状态下的、即当传感器元件无污物时的时间响应特性是已知的，则可以通过将压力测量与这些曲线907、909、911相比较来求取：传感器元件501是无污物还是具有污物。
在这里所说明的方案还基于：在知道传感器元件在内部加热时的热传递特性的情况下可以探测在传感器元件上、尤其在保护层表面上、尤其在凝胶表面上的污物、尤其水，其方式是，将由于污物而改变的热传导用于探测这种污物的存在、尤其是被水占据。为此例如设置，使用集成在传感器元件中的加热装置或使用与传感器元件相邻地存在的加热装置，以便在限定时间内将传感器元件和/或其周围环境加热超过该传感器元件的当前温度。
例如，同时测量传感器元件温度并且尤其测量借助被加热的传感器元件所测量的物理参量、例如压力。在此，传感器元件信号、尤其压力信号的时间响应特性、尤其通过时间常数和幅度表征的时间响应特性尤其与热力学周围环境条件有关。
只要传感器元件、尤其保护层、尤其凝胶表面无污物、即例如是洁净且干燥的，则热力学周围环境和与此关联的响应特性始终相同。在这种情况下，被水、一般性地说被污物占据使得与洁净且干燥的初始状态相比产生附加的热容量以及附加的过渡热阻(thermischen übergangswiderstand)。这在热力网中引起先前被测量并且被用作参考的时间响应特性改变。因此，由洁净且干燥状态下的参考测量与之后的测量之间的差能够以有利的方式推断出被水、一般地说被污物占据。
例如设置，基于对不同污物的区分来触发清洁和/或干燥。
不同污物的热力学特性、尤其不同液体的热力学特性部分地强烈地不同，所以尤其通过对热响应特性的定量化可以区分传感器元件被不同地占据。例如，如果观测到的标志(所测量的物理参量)与液体的典型标志(参考物理参量)一致，则可以引入干燥步骤。例如，如果该标志与非液体污物相同，则例如可以采取清洁步骤。
此外，可以在借助于另外的测量参量的情况下对不同污物进行区分或分类。例如，许多防水的终端设备具有对与水的接触的单独识别装置，例如用于保护充电电子装置。这种单独识别装置是前述的单独的水识别装置。如果传感器元件的污物连同通过单独的水识别装置所识别的附加水污染一起被识别到，则可能是传感器元件上有水并且因此安排干燥。如果没有这种附加信号、即水接触信号，则更可能存在其它类型的污物并且例如可以采取清洁。
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