Elektromechanische Sensoren

25 Jahre monolithische Beschleunigungssensoren ADXL50 von Analog Devices

| Redakteur: Richard Oed

Lange Zeit waren Airbags im Kraftfahrzeug ein aufwändiges und teures System. Der ADXL50 von Analog Devices machte sie dann massentauglich.
Lange Zeit waren Airbags im Kraftfahrzeug ein aufwändiges und teures System. Der ADXL50 von Analog Devices machte sie dann massentauglich. (Bild: Bild: Analog Devices)

Vor 25 Jahren, 1991, stellte Analog Devices (ADI) mit dem Beschleunigungssensor ADXL50 sein erstes MEMS-Produkt und damit den weltweit ersten monolithischen Sensor zum Erkennen eines Autounfalls vor.

Ursprünglich für ein aktives Fahrwerk in Off-Road Fahrzeugen gedacht, wurde schnell deutlich, dass das Bauelement aufgrund seiner Eigenschaften und seines Preises auch ideal für den Einsatz in der Steuerung für Airbags in Kraftfahrzeugen war.

Airbags benutzten elektromechanische Sensoren

Beschleunigungssensoren existierten zwar schon jahrzehntelang, waren aber mit über 1 000 US-Dollar recht teuer und fanden darum im Automobilbereich selten Verwendung. Frühe Versionen von Airbags benutzten daher mehrere elektromechanische Sensoren im vorderen Bereich des Autos zur Unfallerkennung, die nach dem Schalterprinzip funktionierten. Da diese Sensoren eine hohe Anfälligkeit für Störungen durch Schlaglöcher und Temperaturänderungen aufwiesen, musste mit einer zusätzlichen Sicherungseinrichtung geprüft werden, ob der Airbag tatsächlich auslösen darf.

Der monolithische Beschleunigungssensor senkte die Kosten

Mit dem ADXL50 war es Analog Devices zum ersten Mal gelungen, monolithische Beschleunigungssensoren kostengünstig zu produzieren, und so wurde dieses Bauelement rasch zu einem der wichtigsten Produkte überhaupt für die Firma. Die Kosten für ein Airbag-System sanken damit zwischen 1990 und 1994 von ungefähr 400 bis 500 US Dollar auf 50 bis 80 US Dollar für Bauteile und Einbau. Heute verwenden alle weltweit führenden Automobilhersteller Beschleunigungssensoren von ADI.

Aufgebaut war der ADXL50 aus einem durch Oberflächen-Mikromechanik-Technologie auf Silizium hergestellten Beschleunigungssensors in der Form eines „H“. Elektrisch verhielt sich dieser Sensor wie ein regelbarer Differentialkondensator in einem elektronischen kraft kompensierten Regelkreis.

Die MEMS-Technik erlaubte auch konventionelle Halbleiter

Einer der Vorteile der Oberflächen-Mikromechanik ist, dass neben den mechanischen Komponenten gleichzeitig auch konventionelle Halbleiter-Schaltkreise auf demselben Silizium-Die untergebracht werden können. So finden sich beim ADXL50 auf einer Fläche von 9 mm2 außer dem Sensor noch eine vollständige Signalaufbereitung, die Anregung und ein Testschaltkreis zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit. Dabei wird mithilfe eines digitalen Impulses der Sensor durch elektrostatische Kräfte soweit ausgelenkt, wie einer maximalen negativen Beschleunigung entspricht. Bei den ursprünglich verwendeten elektromechanischen Detektoren war dies nur unter kontrollierten Testbedingungen möglich.

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