DE19520049C2

DE19520049C2 - Sensorelement vom Kapazitätstyp

Info

Publication number: DE19520049C2
Application number: DE19520049A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Matsumoto; Seiko Suzuki; Masayuki Miki; Masayoshi Suzuki; Keiji Hanzawa; Takao Sasayama
Original assignee: Hitachi Automotive Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1995-05-31
Publication date: 1997-08-28
Anticipated expiration: 2015-06-01
Also published as: JPH0815306A; KR950033487A; DE19520049A1; JP3216955B2; US5659254A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Sensorelement mit einem Meßkondensator bzw. auf ein Sensorelement vom Kapazitätstyp, in dem sich ein Wert einer elektrostatischen Kapazität des Meßkondensators mit einer Änderung einer physikalischen Größe ändert.

Die Druckschrift DE 41 42 101 A1 offenbart eine Auswerteschaltung einer bekannten Druckmeßanordnung mit einer Sensorkapazität bzw. einem Meß kondensator im Rückkopplungszweig der Auswerteschaltung und einer Refe renzkapazität am Eingang der Auswerteschaltung. Mit dieser Auswerte schaltung ist es nicht möglich, beide Elektroden des Meßkondensators zu erden. Somit kann der Meßkondensator nicht mit ständig gleicher vor bestimmbarer Gleichspannung geladen werden.

Die Veröffentlichung IEEE, Journal of Solid-State Circuits, Band CS-16, Nr. 14, August 1981, S, 412-414, betrifft Oszillatoren, insbesondere spannungs gesteuerte Oszillatoren durch geschaltete Kapazitäten. Bei der Messung einer minimalen Kapazität oder Kapazitätsänderung kommt es im Gegensatz zu einer Oszillatorschaltung darauf an, möglichst keine Oszillation zuzulassen, sondern die ermittelten Werte so aneinander zu reihen, daß einerseits die Funktionalität des Meßkondensators überwacht werden kann und andererseits mit hoher Empfindlichkeit plötzliche minimale Änderungen im Kapazitätswert eine schnelle Reaktion auslösen können.

Aus der Druckschrift Electronics Letters, 21. Juni 1990, Band 26, Nr. 13, S. 957-959, ist eine Schaltung zur Offset-Kompensation für Integriereinrich tungen mit geschalteten Kondensatoren, wie sie insbesondere in Frequenzfil tern einsetzbar sind, bekannt. Derartige Frequenzfilterschaltungen mit Kondensatoren erhöhen nicht die Empfindlichkeit von Auswerteschaltungen bei minimaler Änderung einer Eingangsmeßkapazität.

In der Druckschrift Transactions on Instrumentation and Measurement, Band IM-36, Nr. 4, Dezember 1987, S. 873-882, wird eine Kapazität offenbart, die ausschließlich zur Erzielung einer Stabilität eingesetzt wird und nicht verwendet wird, um die Empfindlichkeit eines Sensorelements mit Meßkapa zität zu erhöhen.

Als ein herkömmliches Sensorelement vom Kapazitätstyp ist eine Fehler diagnosevorrichtung mit einem elektrostatischen Sensorelement vom Kapazi tätstyp z. B. in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 223,844/1993 offen bart, wobei ein Sensorelement vom Kapazitätstyp eine Sensorkapazität linear erfaßt.

Das oben erwähnte herkömmliche Sensorelement vom Kapazitätstyp ist in Fig. 2 gezeigt. In Fig. 2 weist ein Detektor Schalter 10 und 12, einen Meßkondensator 11, einen Kondensator 13, einen Operationsverstärker 14 und eine Abtast-Halteschaltung 15 auf.

Eine elektrostatische Kapazität des Meßkondensators 11 wird durch den Schalter 10 geladen und entladen, und dieser Strom von Flußladung und Entladestrom lädt einen Integrierer mit einer Rücksetzfunktion, wobei dieser Integrierer den Schalter 12, den Kondensator 13 und den Operationsver stärker 14 aufweist.

Demgemäß wird, wie gezeigt in Fig. 3, eine pulsförmige Wellenform mit einem Wellenhöhenwert in Antwort auf einen Kapazitätswert des Meßk ondensators 11 als eine Ausgabe des Operationsverstärkers 14 erhalten. Durch Abtasten des Wellenhöhenwerts dieser pulsförmigen Wellenform durch die Abtast-Halteschaltung 15 wird eine Änderung der elektrostatischen Kapa zität erfaßt.

Jedoch ändert sich beim herkömmlichen kapazitiven Detektor die Ausgabe des Operationsverstärkers 14 mit einer pulsförmigen Wellenform, wie in Fig. 3 gezeigt. Demzufolge ist eine sehr schnelle Antwortcharakteristik und ein hoher Ausgabestrom in dem Operationsverstärker 14 erforderlich.

Da weiterhin die Ausgabe des Operationsverstärkers 14 die pulsförmige Wellenform ist, ist die Abtast-Halteschaltung 15 in einer hinteren Stufe vorgesehen, wodurch es notwendig wird, ein kontinuierliches Signal umzu wandeln. Demgemäß ist beim kapazitiven Detektor mit der oben erwähnten herkömmlichen Technik ein großer Schaltungsaufwand erforderlich.

Weiterhin wird in einem Fall, daß der kapazitive Detektor der herkömm lichen Technik zusammengebaut wird, eine MOS-Kapazität als Kondensator 13 zum Bestimmen einer Empfindlichkeit des kapazitiven Detektors ver wendet. Jedoch verursacht die Spannungsabhängigkeit der MOS-Kapazität eine starke nichtlineare Charakteristik in der Beziehung zwischen dem Kapazitäts wert des Meßkondensators 11 und der Ausgabespannung des kapazitiven Detektors.

Um weiterhin die Empfindlichkeit des kapazitiven Detektors gemäß der her kömmlichen Technik zu erhöhen, wird es erforderlich, den Kapazitätswert des Kondensators 13 klein zu machen.

Jedoch liegt eine sehr große Offset-Kapazität (ein elektrostatischer Kapazi tätsanteil, der sich nicht gemäß der erfaßten physikalischen Größe ändert) am Meßkondensator 11 vor, wenn der Kapazitätswert des Kondensators 13 klein gemacht wird, wobei ein Stabilitätsverhalten oder ein Ansprechverhalten des Operationsverstärkers 14 schwach wird und es damit folglich eine Beschränkung bei der Erhöhung der Empfindlichkeit gibt.

Das zu lösende technische Problem der vorliegenden Erfindung ist es, unter Beibehaltung der bekannten ungünstigen Anordnung eines Meßkondensators am Eingang der Auswerteschaltung ein Sensorelement mit hoher Empfindlich keit für eine minimale Kapazität bzw. Kapazitätsänderung eines Meßkon densators anzugeben.

Dieses Problem wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des An spruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Bei dem erfindungsgemäßen Gegenstand ändert sich die Ausgabespannung kontinuierlich. Demzufolge kann ein Operationsverstärker, welcher für den kapazitiven Detektor verwendet wird, ein Ansprechverhalten mit niedriger Geschwindigkeit haben und kann bei einem kleinen Ausgabestrom betrieben werden. Da sich weiterhin die Ausgabespannung des kapazitiven Detektors fortlaufend ändert, ist es nicht nötig, eine Abtast-Halteschaltung vorzusehen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Grundschaltung eines Sensorelements vom Kapazitätstyp gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Grundschaltung eines Sensorelements vom Kapazitätstyp gemäß der herkömmlichen Technik;

Fig. 3 eine Ausgabewellenform, die ein in Fig. 2 gezeigter Operations verstärker zeigt;

Fig. 4 eine Ausgabewellenform, welche ein Sensorelement vom Kapazi tätstyp gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 5 eine Grundschaltung eines abgeänderten Ausführungsbeispiels eines Sensorelements vom Kapazitätstyp gemäß der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 6 eine Querschnittansicht, welche eine Beschleunigungsmeßvorrichtung vom Kapazitätstyp zeigt;

Fig. 7 eine Querschnittansicht, welche eine Drucksensorvorrichtung vom Kapazitätstyp zeigt;

Fig. 8 eine Konstruktionsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Sensorelements vom Kapazitätstyp gemäß der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 9 eine Ansicht, welche ein Verfahren zum Abschneiden einer Gleich stromkomponente eines herkömmlichen Aufprallsensors zeigt;

Fig. 10 ein Betriebsflußdiagramm einer Einschaltschaltung;

Fig. 11 eine Konstruktionsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Sensorelements vom Kapazitätstyp gemäß der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 12 ein Betriebsflußdiagramm einer Einschaltschaltung;

Fig. 13 eine Ansicht, welche eine Kombination der Ausgabespannungen der Ausgabeanschlüsse der Einschaltschaltung zeigt;

Fig. 14 eine Konstruktionsansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines Sensorelements vom Kapazitätstyps gemäß der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 15 eine Konstruktionsansicht eines vierten Ausführungsbeispiels eines Sensorelements vom Kapazitätstyp gemäß der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 16 eine Ansicht, welche Betriebssequenzen der Schalter 112, 113, 114, 117, 118 und 119 während einer Nicht-Diagnose-Zeit zeigt;

Fig. 17 eine Ansicht, welche Betriebssequenzen der Schalter 112, 113, 114, 117, 118 und 119 während einer Diagnose-Zeit zeigt;

Fig. 18 eine Ansicht, welche ein Steuerbeispiel gemäß einem äußeren Mikrocomputer während des Diagnosebetriebs und des Einschalt betriebs zeigt;

Fig. 19 eine Konstruktionsansicht, welche ein Airbag-System zeigt, in welchem ein kapazitiver Detektor gemäß der vorliegenden Erfin dung verwendet wird; und

Fig. 20 eine Wellenformansicht, welche jeweilige Teile während einer Fehlerdiagnosezeit zeigt.

Fig. 1 zeigt eine Grundschaltung eines kapazitiven Detektors gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein kapazitiver Detektor weist Schalter 1, 3 und 5, einen Operationsverstärker 7, Kondensatoren 4 und 6 auf. Diese Schal tung erzeugt eine analoge Spannung in Antwort auf eine Änderung eines Kapazitätswerts eines Meßkondensators 2.

Schalter 1, 3 und 5 arbeiten synchron und sind in alternativer Weise offen oder geschlossen an einer a-Seite und einer b-Seite. Wenn zunächst die Schalter 1, 3 und 5 an der b-Seite geschlossen sind, wird der Meßkon densator 2 entladen, und eine Ausgabespannung das kapazitiven Detektors wird am Kondensator 4 geladen.

Wenn als nächstes die Schalter 1, 3 und 5 an einer a-Seite schließen, wird der Meßkondensator 2 geladen, und dieser Ladestrom fließt durch den Kondensator 6, und eine elektrische Ladung mit der gleichen Größe einer elektrischen Ladung, die in dem Meßkondensator 2 geladen ist, wird zusätz lich in den Kondensator 6 geladen.

Wenn weiterhin der Schalter 5 an der a-Seite schließt, wird der Kondensator 4 entladen und dieser Entladestrom wird im Kondensator 6 akkumuliert. Die oben angegebene Beziehung wird wie folgt ausgedrückt:

Q_C6(n) = Q_C6(n-1) + Q_CS + Q_C4
- C₆V_OUT(n) = C₆V_OUT(n-1) + V_CCC_S + Q_CS + C₄V_OUT(n-1)

Q_C6(n): geladene elektrische Ladungsgröße des Kondensators 6 zum momentanen Zeitpunkt;
Q_C6(n-1): geladene elektrische Ladungsgröße des Kondensators 6 zum vorherigen Zeitpunkt;
Q_CS: geladene elektrische Ladungsgröße des Meßkondensators 2;
Q_C5: geladene elektrische Ladungsgröße des Kondensators 4;
V_OUT(n): Ausgabespannung des kapazitiven Detektors zum momen tanen Zeitpunkt;
V_OUT(n-1): Ausgabespannung des kapazitiven Detektors zum vorheri gen Zeitpunkt;
V_CC: Versorgungsspannung;
C_S: Kapazitätswert des Meßkondensators 2 zum momentanen Zeitpunkt;
C₆: Kapazitätswert des Kondensators 6;
C₄: Kapazitätswert des Kondensators 4.

Aus der oben angegebenen Beziehung wird ein Endwert der Ausgabespan nung des kapazitiven Detektors angefordert und der Endwert wird durch die nächste folgende Gleichung ausgedrückt.

V_OUT(∞) = -(V_CC/C₄) × C_S Gleichung 1
V_OUT(∞): Endwert der Ausgabespannung des kapazitiven Detektors.

Es wird folglich gesehen, daß der Endwert der Ausgabespannung des kapa zitiven Detektors sich proportional zum Kapazitätswert des Meßkondensators 2 ändert.

Weiterhin ändert sich bei dem oben erwähnten Stand der Technik die Ausgabespannung des kapazitiven Detektors in der pulsförmigen Wellenform, jedoch ändert sich die Ausgabespannung des kapazitiven Detektors der vor liegenden Erfindung nicht in der pulsförmigen Wellenform, sondern ändert sich kontinuierlich, wie in Fig. 4 gezeigt.

Folglich kann der Operationsverstärker, der im kapazitiven Detektor ver wendet wird, mit einem Ansprechverhalten mit niedriger Geschwindigkeit ausgelegt werden und kann weiterhin mit einem kleinen Ausgabestrom betrieben werden. Da weiterhin die Ausgabespannung des kapazitiven Detek tors sich kontinuierlich ändert, wird eine Abtast-Halteschaltung unnötig.

Weiterhin kann eine Vorspann-Spannung so angelegt werden, daß sie nicht in der Spannungsabhängigkeit im Kondensator 4 auftaucht, welcher die Empfindlichkeit des kapazitiven Detektors bestimmt. Demgemäß wird es selbst beim Zusammenbau des kapazitiven Detektors möglich, diesen so zu bilden, daß keine nichtlineare Charakteristik in der Beziehung zwischen dem Kapazitätswert der Sensorkapazität und der Ausgabespannung des kapazitiven Detektors auftaucht.

Da in Fig. 1 ein Ende des Kondensators 4 mit der Versorgungsspannung verbunden ist, wird die eine Seite, welche mit der Versorgungsspannung des Kondensators 4 verbunden ist, immer auf einer hohen Spannung gehalten.

Da weiterhin bei diesem kapazitiven Detektor der Kapazitätswert des Kon densators 4 klein gehalten ist, kann die Empfindlichkeit erhöht werden. Mit anderen Worten hängt die Empfindlichkeit dieses kapazitiven Detektors nicht vom Kapazitätswert des Kondensators 6 ab.

Demgemäß kann das Ansprechverhalten und das Stabilitätsverhalten des Operationsverstärkers 7 erhalten werden, indem der Kapazitätswert des Kondensators 6 groß gemacht wird, wodurch selbst bei Vorliegen einer großen Offset-Kapazität im Meßkondensator 2 das Ansprechverhalten und das Stabilitätsverhalten des Operationsverstärkers 7 nicht abnehmen.

Weiterhin kann die Empfindlichkeit dieses kapazitiven Detektors erhöht werden, indem der Kapazitätswert des Kondensators 4 klein gehalten wird. Da das Ansprechverhalten und das Stabilitätsverhalten des Operationsver stärkers 7 nicht niedrig sind, kann durch Vergrößern des Kapazitätswertes des Kondensators 6 die Empfindlichkeit dieses kapazitiven Detektors erhöht werden.

Demgemäß kann im Vergleich mit der Empfindlichkeit des kapazitiven Detektors in der herkömmlichen Technik die Empfindlichkeit des kapazitiven Detektors gemäß der vorliegenden Erfindung um mehr als das Fünffache erhöht werden.

Weiterhin ist als ein abgeändertes Beispiel dieses kapazitiven Detektors eine Konstruktion in Fig. 5 gezeigt.

Dieser kapazitive Detektor weist Schalter 20 und 22 zum Laden und Ent laden eines Meßkondensators 21, einen Kondensator 26 zum Bilden eines Integrierers, einen Operationsverstärker 27, Schalter 23 und 25 zum Rück führen der ladenden elektrischen Ladung zum Integrierer durch Laden der Ausgabespannung des kapazitiven Detektors und einen Kondensator 24 auf.

Dieser kapazitive Detektor hat ähnliche Charakteristiken, wie der zuerst erwähnte kapazitive Detektor.

Im Vorgriff auf die Erklärung des Ausführungsbeispiels gemäß der vor liegenden Erfindung wird die Auslegung des Sensors vom Kapazitätstyp mit Bezug auf die Fig. 6 und 7 erklärt werden.

Fig. 6 zeigt eine Querschnittansicht eines Beschleunigungsmessers vom Kapazitätstyp und Fig. 7 zeigt eine Querschnittansicht eines Drucksensors vom Kapazitätstyp.

Zunächst wird die Konstruktion eines Beschleunigungsmessers vom Kapa zitätstyp mit Bezug auf Fig. 6 erklärt werden. Dieser Beschleunigungs messer vom Kapazitätstyp hat eine Vierschichtstruktur, welche eine Glas schicht 30, eine Siliziumschicht 31, eine Glasschicht 32 und eine Silizium schicht 33 aufweist.

Auf der Siliziumschicht 31 ist gemäß einem Ätzprozeß ein Armabschnitt 35 gebildet. Weiterhin ist in der Glasschicht 32 eine feste Elektrode 34 gebildet, um dem Armabschnitt 35 gegenüberzuliegen, und diese feste Elektrode 34 ist mit der Siliziumschicht 33 über ein Durchgangsloch 36 verbunden.

Bei diesem Beschleunigungsmesser vom Kapazitätstyp bewegt sich, wenn die Beschleunigung in der rechten und linken Richtung der Zeichnung wirkt, der Armabschnitt 35 in der rechten und linken Richtung der Zeichnung wegen einer Trägheitskraft, und dann ändert sich ein Abstand zwischen der festen Elektrode 34 und dem Armabschnitt 35.

Wenn sich der Abstand zwischen dem Armabschnitt 35 und der festen Elektrode 34 ändert, ändert sich die elektrostatische Kapazität zwischen dem Armabschnitt 35 und der festen Elektrode 34. Demgemäß wird die Be schleunigung gemäß der Erfassung der Änderung der elektrostatischen Kapa zität erfaßt.

Weiterhin ist dieser Beschleunigungsmesser vom Kapazitätstyp an einer Metallplatte 38 durch die Haftung unter Verwendung eines isolierenden Haftmittels 37 (ein Silikongummi, ein Epoxy-Haftmittel etc.) befestigt.

Zu diesem Zeitpunkt ist die Metallplatte 38 geerdet, um eine parasitäre Kapazität zwischen der Siliziumschicht 31 und der Siliziumschicht 33 zu reduzieren. Um weiterhin eine parasitäre Kapazität zwischen der Silizium schicht 31 und der Metallplatte 38 zu reduzieren, ist ein Zwischenraum zwischen der Siliziumschicht 31 und der Metallplatte 38 zur Aufweitung gebildet.

Als nächstes wird eine Konstruktion eines Drucksensors vom Kapazitätstyp unter Bezug auf Fig. 7 erklärt werden. Dieser Drucksensor hat eine Doppelschichtstruktur, welche eine Glasschicht 42 und eine Siliziumschicht 43 aufweist. Ein Dünnfilmabschnitt 41 ist auf der Siliziumschicht 43 gebildet, und eine feste Elektrode 40 ist auf der Glasschicht 42 gebildet, um dem Dünnfilmabschnitt 41 gegenüberzuliegen.

Indem demgemäß die Druckkraft auf den Dünnfilmabschnitt 41 wirkt, bewegt sich dieser Dünnfilmabschnitt 41 in der Richtung nach oben bzw. nach unten der Zeichnung.

Durch Bewegen des Dünnfilmabschnitts 41 in der Richtung nach oben bzw. nach unten, ändert sich ein Abstand zwischen dem Dünnfilmabschnitt 41 und der festen Elektrode 40, und dann ändert sich die elektrostatische Kapazität zwischen dem Dünnfilmabschnitt 41 und der festen Elektrode 40. Demge mäß wird die Druckkraft, welche auf den Dünnfilmabschnitt 41 ausgeübt wird, gemäß der Erfassung der Änderung der elektrostatischen Kapazität erfaßt.

Als nächstes wird ein Sensorelement vom Kapazitätstyp eines ersten Aus führungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf Fig. 8 erklärt werden.

Fig. 8 zeigt eine Konstruktion eines Sensorelements vom Kapazitätstyp eines ersten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung.

Der kapazitive Detektor weist einen Meßkondensator 53, Schalter 50, 55 und 57 zum Aufbau einer Grundschaltung der Kapazitäterfassung, Kondensa toren 56 und 58, einen Operationsverstärker 66, Schalter 60, 62, 63 und 65 zum Einstellen eines Offsets des kapazitiven Detektors, einen variablen Widerstand 59 zum Bilden eines Verstärkers mit variablem Verstärkungs faktor, welcher eine Empfindlichkeit eines Ausgabesignals einstellt, einen Operationsverstärker 67, Widerstände 68 und 69 zum Erzeugen einer Stan dardspannung, einen Widerstand 72 zum Bilden eines Integrierers, welcher einen Gleichstrompegel der Ausgabespannung durch Rückführen einer Gleich stromkomponente der Ausgabespannung vereinheitlicht, einen Kondensator 71, einen Operationsverstärker 70, einen Widerstand 73, um den Gleichstrompe gel der Ausgabespannung auf einen Standardwert mit einer hohen Geschwin digkeit zum Einschaltzeitpunkt zu bringen, eine Einschaltschaltung 74, Schalter 51 und 54 zum Ausführen einer Diagnose des Sensors und eine Batterie 52 auf.

Zunächst wird der Betrieb der Kapazitäterfassung erklärt werden. Dieser kapazitive Detektor ist ein kapazitiver Detektor, in welchem es möglich ist, in der Grundschaltung, welche aus den Schaltern 50, 55, und 57, den Kon densatoren 56 und 58 und dem Operationsverstärker 66 gebildet ist, einen Offset der Ausgabespannung durch die Hinzufügung der Schalter 60, 62, 63 und 65 unter den Kondensatoren 61 und 64 zu ändern.

Bei diesem kapazitiven Detektor wird, da die Schaltung vorgebildet ist, um eine große Offset-Kapazität eines Meßkondensators 53 durch Betrieb des Schalters 50 und der Schalter 60 und 63 mit umgekehrter Phase zu sub trahieren, die Spannung proportional zur Differenz zwischen dem Meßkon densator 53 und den Kondensatoren 61 und 64 als die Ausgabe des kapaziti ven Detektors erhalten.

Weiterhin wird die Spannung zum Laden und Entladen an einer Seite des Schalters 63 geändert, selbst wenn sich die parasitäre Kapazität des Meß kondensators 53 usw. ändert, so daß der Offset-Wert der Ausgabespannung in der Lage ist, sich einer geeigneten Spannung anzupassen.

In einem Fall, bei dem eine große Offset-Kapazität (ein elektrostatischer Kapazitätsanteil, der nicht durch eine zu erfassende physikalische Größe geändert wird) am Meßkondensator 53 vorliegt, kann durch Einstellen der Spannung zum Laden und Entladen des Kondensators 64, selbst wenn die Empfindlichkeit des kapazitiven Detektors zunimmt, da die Ausgabespannung des kapazitiven Detektors nicht in die Sättigung geht, die Empfindlichkeit des kapazitiven Detektors weiter groß gemacht werden.

Als nächstes wird ein Diagnosebetrieb erklärt. In einem Aufprallsensor zum Erfassen des Aufpralls eines Fahrzeugs usw. wird die Diagnose des Betriebs des Meßkondensators 53 gebraucht, und demzufolge wird bei diesem kapazi tiven Detektor eine Funktion zum Diagnostizieren des Betriebs des Meßkon densators 53 hinzugefügt.

Bei diesem kapazitiven Detektor gibt es eine Reservezeit in einem Intervall des Ladens und Entladens der elektrostatischen Kapazität des Meßkondensa tors 53, und in dieser Reservezeit wird durch Kurzschließen der Schalter 51 und 54 die von der Batterie 52 gelieferte Spannung beiden Enden des Meßkondensators 53 hinzugefügt.

Aufgrund dieser Spannung wird die elektrostatische Kraft zwischen den Elektroden des Meßkondensators 53 erzeugt, und durch diese elektrostatische Kraft ändert sich der Kapazitätswert des Meßkondensators 53. Da sich diese Änderung in der Ausgabespannung durch den kapazitiven Detektor widerspiegelt, wird die Diagnose des Sensors gemäß der Erfassung dieser Änderung ausgeführt.

Als nächstes wird die Operation zum Halten eines konstanten Gleichstrompe gels der Ausgabespannung dieses kapazitiven Detektors erklärt werden. Die Ausgabe des kapazitiven Detektors integriert durch den Integrierer, welcher aus einem Operationsverstärker 70, einem Widerstand 72 und einem Kon densator 71 aufgebaut ist.

Die Spannung zum Laden und Entladen des Kondensators 64 wird durch die Ausgabespannung dieses Integrierers geändert, wodurch der Gleichstrompegel der Ausgabespannung des kapazitiven Detektors vereinheitlicht wird.

Die obige Operation wird ausgeführt, um die Empfindlichkeit des kapazitiven Detektors zu reduzieren, welche durch die Spannungsabhängigkeit des Kon densators 56 geändert ist, um die Empfindlichkeit des kapazitiven Detektors zu bestimmen, und dann wird die Spannung an beiden Enden des Kon densators 56 immer konstant gehalten.

Durch Ausführen der obigen Operation wird die Gleichstromausgabe des Sensors vom Kapazitätstyp, der diesen kapazitiven Detektor verwendet, abge schnitten, jedoch kann beim Sensor zum Erfassen des Aufpralls eines Fahr zeugs, wie z. B. eines Aufprallsensors, ein solcher Sensor zum Gebrauch für den oben erwähnten Zweck angepaßt werden, da die Gleichstromkomponente unnötig ist.

Um die Entfernung des Gleichstromabzugs und die Beseitigung der Offset-Ein stellung des Sensors auszuführen, ist beim Aufprallsensor ein Verfahren zum Abschneiden der Gleichstromkomponente aus der Vergangenheit bekannt. Ein Verfahren zum Einfügen eines seriellen HPF (Hochpaßfilter) ist bekannt, wie in Fig. 9 gezeigt.

Das oben angegebene Verfahren und das durch Fig. 9 gemäß der vorliegen den Erfindung erklärte Verfahren werden verglichen, und dadurch werden die durch die vorliegende Erfindung erhaltenen Vorteile erklärt werden.

Zunächst wird die in Fig. 9 gezeigte Konstruktion erklärt werden. Diese Konstruktion besteht aus Schaltern 80 und 82 zum Laden und Entladen eines Meßkondensators 81, Kondensatoren 83 und 85 zum Bilden des kapazitiven Detektors, einem Schalter 84, einem Operationsverstärker 88, einem Kon densator 86 zum Bilden eines HPF und einer Verstärkungsfaktor-Einstell schaltung, einem variablen Widerstand 87 und einem Operationsverstärker 89.

Mit der obigen Konstruktion ändern sich sowohl die Ausgabe des Sensors während eines Kurzschlusses oder eines Drahtbruches des Meßkondensators 81 als auch die Ausgabe des Sensors während einer normalen Bedingung nicht. Die Gleichstrompegel in beiden Bedingungen der Ausgaben des Sensors sind gleich.

Mit anderen Worten kann mit dieser Konstruktion ein Drahtbruch oder ein Kurzschluß im Meßkondensator 81 nicht beurteilt werden.

Außerdem ist im kapazitiven Detektor gemäß der vorliegenden Erfindung, wie gezeigt in Fig. 8, die Ausgabespannung auf die Versorgungsspannung oder die Erdungsspannung festgelegt, wenn der Kapazitätswert des Meßkon densators 53 von jenem Kapazitätswert abweicht, welcher der Wert zwischen dem Kapazitätswert des Kondensators 61 und der Summe der Kapazitätswerte des Kondensators 61 und des Kondensators 64 ist.

Weiterhin wird im Meßkondensator 53 der Bruch eines Drahtes oder eines Kurzschlusses erkannt, da der Kapazitätswert des Sensors Null oder Un endlich wird, wobei der Kapazitätswert des Meßkondensators 53 von jenem Kapazitätswert abweicht, der einen Wert zwischen dem Kapazitätswert des Kondensators 61 und der Summe der Kapazitätswerte des Kondensators 61 und des Kondensators 64 ist, wobei die Ausgabespannung auf die Energie versorgungsspannung oder die Erdungsspannung festgelegt ist.

Mit anderen Worten kann die Abnormalität des Meßkondensators 53 gemäß der Bestätigung der Festlegung der Ausgabespannung auf die Energiever sorgungsspannung oder die Erdungsspannung festgestellt werden.

Als nächstes wird die Einschaltschaltung 74 erklärt werden. Wie oben angegeben wird der Integrierer verwendet, um den Gleichstrompegel der Ausgabespannung des kapazitiven Detektors konstant zu halten.

Es ist jedoch eine Zeit erforderlich, um den Gleichstrompegel der Aus gabespannung des kapazitiven Detektors auf einen vorbestimmten konstanten Wert zu erreichen, nachdem der Integrierer geladen wurde. In dieser Zeit besteht die Möglichkeit des Verzögerns der Einschaltzeit dieses kapazitiven Detektors. Folglich sind der Widerstand 73 und die Einschaltschaltung 74 vorgesehen, um diese Einschaltzeit abzukürzen.

Zuerst wird der Betrieb der Einschaltschaltung 74 mit Bezug auf Fig. 10 erklärt werden. Fig. 10 zeigt ein Betriebsflußdiagramm der Einschaltschal tung 74.

Die Einschaltschaltung 74 arbeitet nur während des Anlaufens der Ener gieversorgung und beurteilt die Ausgabespannung des kapazitiven Detektors. Wenn die Ausgabespannung kleiner als der Zielwert ist, wird die Spannung eines Ausgabeanschlusses P zu 0 V gemacht, und wenn die Ausgabespan nung größer als der Zielwert ist, wird die Spannung des Ausgabeanschlusses P zu jeweils 5 V gemacht.

Daher erreicht durch abruptes Laden und Entladen des Integrators, der über den Widerstand 73 verbunden ist, die Ausgabespannung des kapazitiven Det ektors den Zielwert in einer kurzen Zeit. Wenn die Ausgabespannung des kapazitiven Detektors den Zielwert erreicht hat, wird zur gleichen Zeit der Ausgabeanschluß P zu einer hohen Impedanz gemacht, und die Verarbeitung ist beendet.

Weiterhin kann bei einem Gerät unter Verwendung eines Microcomputers eine Ansteuerschaltung des Widerstands 73 leicht durch Verwenden dieses Microcomputers gebildet werden.

Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel eines kapazitiven Det ektors eines Sensors vom Kapazitätstyp gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Fig. 11 und 12 erklärt werden. Fig. 11 ist eine Kon struktionsansicht, welche das zweite Ausführungsbeispiel des kapazitiven Detektors des Sensors vom Kapazitätstyp gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und Fig. 12 zeigt ein Betriebsflußdiagramm einer Einschaltschaltung 97.

Der kapazitive Detektor des zweiten Ausführungsbeispiels ist im wesentlichen der gleiche wie jener des ersten Ausführungsbeispiels. Jedoch weist dieser kapazitive Detektor einen Dämpfer bestehend aus den Widerständen 90, 91, 92, 93, 94, 95 und 96 auf, und die Einschaltschaltung 97 ist unterschiedlich ausgelegt.

Da der kapazitive Detektor arbeitet, um den Gleichstrompegel der Ausgabe spannung konstant zu halten, werden der Gleichstrom und die Niederfre quenzkomponente nahe dem Gleichstrom abgeschnitten.

Jedoch kann, obwohl der Dämpfer bei diesem kapazitiven Detektor vor gesehen ist, dieser kapazitive Detektor die Frequenzkomponente sehr nahe dem Gleichstrom erfassen im Vergleich mit dem ersten Ausführungsbeispiel des kapazitiven Detektors.

Als nächstes wird der Betrieb der Einschaltschaltung 97 mit Bezug auf Fig. 12 beschrieben werden. Die Einschaltschaltung 97 arbeitet nur zur Zeit des Anlaufens der Energieversorgung und beurteilt die Ausgabespannung des kapazitiven Detektors.

Wenn die Ausgabespannung kleiner als die Zielspannung ist, werden die Spannungen der Ausgangsanschlüsse P1, P2, P3 bzw. P4 zu jeweils 0 V gemacht, und wenn die Ausgabespannung größer als der Zielwert ist, werden die Spannungen der Ausgabeanschlüsse P1, P2, P3 und P4 jeweils zu 5 V gemacht.

Dadurch wird es durch abruptes Laden und Entladen des Integrierers der Ausgabespannung des kapazitiven Detektors möglich, in einer kurzen Zeit dem, Zielwert nahe zu kommen.

Wenn die Ausgabespannung des kapazitiven Detektors den Zielwert erreicht und zur gleichen Zeit ein zuvor vorbestimmter Spannungspegel an jedem der Ausgabeanschlüsse P1, P2, P3 und P4 ausgegeben wird, wird demzufolge die Verarbeitung beendet.

Hier wird zum Zeitpunkt der Beendigung der Verarbeitung der Spannungs pegel (0 V oder die Energieversorgungsspannung 5 V) zum Ausgeben an jeden der Ausgabeanschlüsse P1, P2, P3 und P4 so eingestellt, daß der Gleichstrompegel der Ausgabespannung des kapazitiven Detektors dem Ziel wert am nächsten ist.

Die obige Funktion wird aus Gründen ausgeführt, bei denen wegen der Streuung der Widerstände 90, 91, 92, 93, 94, 95 und 96 zum Bilden des Dämpfers und wegen der Offset-Spannung des Operationsverstärkers usw. die Gleichstromkomponente der Ausgabespannung des kapazitiven Detektors mit dem Zielwert verschoben wird, und eine solche Verschiebung wird einge stellt.

Die Kombinationen für den Spannungspegel zur Ausgabe an jeden der Ausgabeanschlüsse P1 P2, P3 und P4 sind zwölf Arten, wie gezeigt in Fig. 13, und diese Einstellungen werden automatisch in einer Speichervorrichtung gespeichert, welche in einem inneren Abschnitt der Einschaltschaltung 97 vorgesehen ist, wenn die Spannungsversorgung in der Einschaltschaltung 97 zum ersten Mal angeworfen wird.

Als nächstes wird ein drittes Ausführungsbeispiel eines kapazitiven Detektors eines Sensors vom Kapazitätstyp gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf Fig. 14 beschrieben werden. Fig. 14 ist eine Konstruktions ansicht, welche das dritte Ausführungsbeispiel des kapazitiven Detektors des Sensors vom Kapazitätstyp gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Dieser kapazitive Detektor des dritten Ausführungsbeispiels ist im wesent lichen der gleiche wie jener des ersten Ausführungsbeispiels. Jedoch weist dieser kapazitive Detektor einen Dämpfer bestehend aus Widerständen 100, 101, 102, einen Schalter 103 zum Kurzschließen der Widerstände 100 und 102 und eine Einschaltschaltung 104 mit einer unterschiedlichen Konstruktion auf.

Die Einschaltschaltung 104 dieses vierten Ausführungsbeispiels arbeitet während des Anwerfens der Energieversorgung durch Kurzschließen des Schalters 103 zu einem vorbestimmten Zeitpunkt oder bis die Ausgabespan nung des kapazitiven Detektors den Zielwert erreicht, und dann arbeitet sich die Ausgabespannung des kapazitiven Detektors an den Zielwert in einer kurzen Zeit heran.

Außerdem wird als Betrieb der Einschaltschaltung 104, wenn die Ausgabe spannung des kapazitiven Detektors über eine vorbestimmte Zeit hinaus Null ist oder auf die Energieversorgungspannung festgelegt ist, der Schalter 104 in den Kurzschluß betätigt, so daß selbst während der Zeit des Anwerfens der Energieversorgung die Ausgabespannung des kapazitiven Detektors den Zielwert in einer kurzen Zeit erreichen kann.

Als nächstes wird ein viertes Ausführungsbeispiel eines kapazitiven Detektors eines Sensors vom Kapazitätstyp gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Fig. 15, 16 und 17 erklärt werden.

Fig. 15 ist eine Konstruktionsansicht, welche das vierte Ausführungsbeispiel des Sensorelements vom Kapazitätstyp gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 16 ist eine Betriebssequenz, welche eine Nicht-Diagnose-Zeit der Schalter 112, 113, 114, 117, 118 und 119 zeigt. Fig. 17 ist eine Betriebs sequenz, welche eine Diagnosezeit der Schalter 112, 113, 114, 117, 118 und 119 zeigt.

Dieser kapazitive Detektor des vierten Ausführungsbeispiels weist Wider stände 110 und 111 zum Erzeugen der Standardspannung, Schalter 112, 113 und 114 zum Laden und Entladen eines Meßkondensators 116, einen Schal ter 117 zum Anlegen der Spannung, um die elektrostatische Kraft für die Diagnose zu erzeugen, eine Batterie 115, Schalter 118, 119 und 121 zum Bilden der Grundschaltung des kapazitiven Detektors, Kondensatoren 120 und 122, einen Operationsverstärker 123 und Widerstände 124 und 125 zum Erzeugen der Standardspannung auf.

Als erstes wird der Betrieb der Nicht-Diagnose-Zeit mit Bezug auf Fig. 16 erklärt werden. Der Betrieb des kapazitiven Detektors wird in den Betrieb der Kapazitätserfassungsperiode und den Betrieb der Diagnoseperiode aufge teilt.

In der Kapazitätserfassungsperiode wird durch Öffnen und Schließen der Schalter 112, 114, 118 und 119 der Meßkondensator 116 geladen und entladen. Die Ladeperiode des Ladestroms und des Entladestroms zum Kondensator 122 entspricht der Periode zum Erfassen der Sensorkapazität.

In der Diagnoseperiode während der Nicht-Diagnose-Zeit wird durch Schlie ßen der Schalter 113 oder 119 die Spannung an beiden Enden des Meßkon densators 116 zu 0 V gemacht, und die elektrostatische Kraft wird so gemacht, daß sie nicht zwischen den Elektroden des Meßkondensators 116 wirkt.

Natürlich tritt, wenn die elektrostatische Kraft zwischen den Elektroden des Meßkondensators 116 wirkt, aufgrund dieser elektrostatischen Kraft ein Fehler im Sensor vom Kapazitätstyp auf.

Als nächstes wird der Betrieb während der Diagnosezeit mit Bezug auf Fig. 17 erklärt werden. Der Betrieb während der Kapazitätserfassungsperiode ist ähnlich jener der Nicht-Diagnose-Zeit.

In der Diagnoseperiode während der Diagnosezeit wird durch Schließen der Schalter 114 und 117 die Spannung, welche von der Batterie 115 geliefert wird, an beide Enden des Meßkondensators 116 angelegt, und die elektro statische Kraft wird zwischen den Elektroden des Meßkondensators 116 erzeugt.

Durch diese elektrostatische Kraft ändert sich der Kapazitätswert des Meß kondensators 116, und gemäß der Erfassung dieses Kapazitätswertes kann der Sensor diagnostiziert werden.

Als nächstes wird ein Beispiel eines Verfahrens zum Steuern der Diagno seoperation und der Einschaltoperation durch einen äußeren Microcomputer mit Bezug auf Fig. 18 erklärt werden.

In diesem Beispiel wird die elektrostatische Kapazität eines Meßkondensators 130 durch einen kapazitiven Detektor 131 erfaßt, welcher die Diagnose funktion und die Einschaltfunktion aufweist, und wird an einen Microcompu ter 133 ausgegeben. Der Microcomputer 133 wird gemäß der Praxis einer Diagnoseoperation und einer Einschaltoperation durch ein Steuersignal ver waltet.

Das Steuersignal wird in ein Diagnosesignal und ein Einschaltsignal durch einen Frequenzdiskriminator 132 aufgeteilt. Mit anderen Worten wird, wenn ein pulsförmiges Signal als das Steuersignal vom Microcomputer 133 gesandt wird, das Diagnosesignal an den kapazitiven Detektor 131 durch den Fre quenzdiskriminator 132 gesandt.

Wenn ein Signal mit einem niedrigen Pegel an das Steuersignal gesandt wird, wird das Einschaltsignal an den kapazitiven Detektor 131 durch den Frequenzdiskriminator 132 gesandt, und wenn ein Signal mit einem hohen Pegel an das Steuersignal gesandt wird, werden sowohl das Diagnosesignal als auch das Einschaltsignal daran gehindert, zur Ausgabe zu gelangen.

Folglich kann die Anzahl der Ausgabeanschlüsse des Microcomputers 133 reduziert werden und durch Ausführen der Praxis der Diagnose durch das pulsförmige Signal kann die Praxis der Fehlerdiagnose durch eine Fehlfunk tion des Microcomputers 133 verhindert werden.

Als nächstes wird ein Airbag-System, welches ein Anwendungssystem unter Verwendung des kapazitiven Detektors gemäß der vorliegenden Erfindung ist, mit Bezug auf Fig. 19 erklärt werden. Fig. 17 ist eine Konstruktions ansicht welche das Airbag-System zeigt.

Das Airbag-System umfaßt einen Aufprallsensor 141, welcher den kapazitiven Detektor gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem Beschleunigungssensor (eine Sensorkapazität) kombiniert, sowie einen Microcomputer 142 zum Erfassen des Aufpralls des Fahrzeugs unter der Ausgabespannung des Auf prallsensors 141 und zum Auslösen eines Airbags 143, einen Airbag 143 zum Schutz des Fahrers durch die Auslösung des Airbags zum Aufprall zeitpunkt, einen Aufprallsensor 141 und eine Energieversorgungsschaltung 140 zum Liefern von Energie an den Microcomputer 142 und den Airbag 143.

In diesem Airbag-System ist eine sehr hohe Zuverlässigkeit erforderlich, und insbesondere wird zum Zeitpunkt des Anwerfens der Energieversorgung die Überprüfung der Abnormalität aller Komponenten erforderlich.

In Anbetracht der Merkmale der vorliegenden Erfindung aus den oben angegebenen Blickrichtungen hat die vorliegende Erfindung ein Merkmal, daß in beinahe allen Komponenten des kapazitiven Detektors, selbst bei Kurz schluß oder dem Ausfall durch Drahtbruch, die Ausgabespannung des kapa zitiven Detektors auf die Energieversorgungsspannung oder die Erdungs spannung festgelegt ist.

Mit anderen Worten kann in dem kapazitiven Detektor, wenn ein Kurzschluß oder der Ausfall durch Drahtbruch in fast allen Komponenten erzeugt wird, da die Ausgabespannung des kapazitiven Detektors auf die Energieversor gungsspannung oder die Erdungsspannung festgelegt ist, der Fehler des inneren Abschnitts des kapazitiven Detektors gemäß der Überwachung der Ausgabespannung des kapazitiven Detektors zum Zeitpunkt des Anwerfens der Energieversorgung erfaßt werden.

Dies wird durch den Aufbau einer Rückkopplungsschleife mit der Rück kopplung der Ausgabespannung des kapazitiven Detektors an eine Eingangs seite des kapazitiven Detektors über den Integrierer verursacht, wobei alle Komponenten des kapazitiven Detektors in einem inneren Abschnitt der Rückkopplungsschleife vorliegen, wobei der Fehler in fast allen Komponenten des kapazitiven Detektors sich an der Ausgabespannung des kapazitiven Detektors widerspiegelt.

Als nächstes wird der Einsatz der Diagnose des Sensorelements vom Kapazi tätstyp unter Verwendung der oben angegebenen elektrostatischen Kraft ein Verfahren zum Diagnostizieren eines Sensorelements vom Kapazitätstyp des dritten Ausführungsbeispiels, welches in Fig. 14 erklärt ist, mit Bezug auf Fig. 20 erklärt werden.

Fig. 20 zeigt eine Wellenform jedes Abschnitts während der Fehlererfassung. Ein Kurzschlußfehler der Widerstände 100 und 102 oder die Erfassung des Fehlers durch Drahtbruch wird durch den Transfer von drei Bedingungen erhalten.

Als erstes gibt eine erste Bedingung das Einschaltsignal ab, indem der Ausgangsanschluß P1 zu einem hohen Pegel gemacht wird, und der Schalter 103 schließt kurz, wodurch die Ausgabe des kapazitiven Detektors den Ziel wert in einer kurzen Zeit erreicht.

In einer zweiten Bedingung wird durch Abgabe des Diagnosesignals die Diagnose des Sensorelements vom Kapazitätstyp unter Verwendung der elektrostatischen Kraft durchgeführt. In dieser Zeit ändert sich dann die Ausgabe des kapazitiven Detektors, wie in Fig. 20 gezeigt, da sich der Kapazitätswert des Meßkondensators 53 durch die elektrostatische Kraft ändert.

In dieser Zeit wirkt die Ausgabespannung des kapazitiven Detektors, um die Ausgabespannung des kapazitiven Detektors konstant zu halten, und versucht allmählich zum Zielwert im Laufe der Zeit zurückzukehren. Wenn hier der Kurzschlußfehler in den Widerständen 100 und 102 oder der Fehler durch Drahtbruch im Kondensator 71 aufgetreten ist, ändert sich die Zeitkonstante der Funktion zum Halten einer konstanten Ausgabespannung des kapazitiven Detektors, und die Änderung dieser Zeitkonstante ist bei einer hohen Ge schwindigkeit, wie es in gestrichelter Linie in Fig. 20 gezeigt ist.

Durch die Erfassung der Änderung in der Zeitkonstante kann der Kurz schlußfehler in den Widerständen 100 und 102 oder der Fehler durch Drahtbruch im Kondensator 71 erfaßt werden.

In einer dritten Bedingung wird durch erneute Abgabe des Einschaltsignals der Ausgangsanschluß P1 auf den hohen Pegel gebracht und der Schalter 103 wird zum Kurzschluß gemacht, wodurch die Ausgabespannung des kapazitiven Detektors so arbeitet, um den Zielwert wiederum stabil zu machen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Sensorelement vom Kapazi tätstyp durch den Operationsverstärker mit einem niedrigen Ansprechverhalten und einem kleinen Ausgabestrom gebildet werden und indem weiterhin die Abtast-Halteschaltung unnötig gemacht wird, kann demgemäß die Schal tungsgröße des Kapazitätssensors klein gemacht werden.

Claims

1. Sensorelement mit einem Meßkondensator (2, 21, 53, 81, 116), in dem sich ein Wert einer elektrostatischen Kapazität des Meßkondensators (2, 21, 53, 81, 116) mit einer Änderung einer physikalischen Größe ändert, wobei das kapazitive Sensorelement umfaßt:
eine Einrichtung (1 und 3; 20 und 22; 50 und 55; 80 und 82) zum wiederholten Laden und Entladen des Meßkondensators (2, 21, 53, 81, 116) mit einer vorbestimmten Spannung;
eine Integriereinrichtung (5, 6 und 7; 23, 25, 26 und 27; 57, 58 und 66; 84, 85 und 88; 121, 122 und 123) zum Integrieren eines Lade stroms oder eines Entladestroms, erzeugt durch das Laden und Entladen des Meßkondensators (2, 21, 53, 81, 116) bei jedem Laden oder Entladen des Meßkondensators (2, 21, 53, 81, 116);
einen Referenzkondensator (4, 24, 56, 83, 120) zum Laden einer Ausgabespannung von der Integriereinrichtung (5, 6 und 7; 23, 25, 26 und 27; 57, 58 und 66; 84, 85 und 88; 121, 122 und 123); und
eine Einrichtung zur Rückkoppelung (6, 26, 58, 85, 122) einer elek trischen Ladung, die in dem Referenzkondensator (4, 24, 56, 83, 120) geladen ist, an die Integriereinrichtung (5, 6 und 7; 23, 25, 26 und 27; 57, 58 und 66; 84, 85 und 88; 121, 122 und 123).

2. Sensorelement nach Anspruch 1, wobei das Sensorelement weiterhin eine Halteeinrichtung zum Halten eines konstanten Gleichstrompegels der Ausgangsspannung der Integriereinrichtung (5, 6 und 7; 23, 25, 26 und 27; 57, 58 und 66; 84, 85 und 88; 121, 122 und 123) aufweist.

3. Sensorelement nach Anspruch 2, wobei das Sensorelement weiterhin aufweist:
eine Änderungseinrichtung für die Ausgabespannung durch Ändern einer Kapazität des Meßkondensators (2, 21, 53, 81, 116) gemäß einer elektrostatischen Kraft; und
eine Einrichtung zum Beurteilen eines Fehlers mit Hilfe einer Zeit spanne für die Rückkehr zu einer konstanten Ausgabespannung, welche durch die Änderungseinrichtung in Übereinstimmung mit der Halteein richtung geändert ist.

4. Sensorelement nach Anspruch 2, wobei das Sensorelement weiterhin aufweist:
eine Einrichtung (74, 97, 104) zum Erreichen eines konstanten vor bestimmten Wertes des Gleichstrompegels der Ausgabespannung während einer Einschaltzeit in der kurzen Zeit während des Einschaltens der Energieversorgung.

5. Sensorelement, wobei das Sensorelement weiterhin aufweist:
eine Änderungseinrichtung für eine Offset-Spannung als Antwort auf eine Ausgabe der Integriereinrichtung (5, 6 und 7; 23, 25, 26 und 27; 57, 58 und 66; 84, 85 und 88; 121, 122 und 123) und eine Ausgabe einer Integriereinrichtung (1, 6 und 7; 23, 25, 26 und 27; 57, 58 und 66; 84, 85 und 88; 121, 122 und 123) für die Ausgabespannung eines kapazitiven Detektors.

6. Sensorelement gemäß Anspruch 5, wobei das Sensorelement weiterhin eine Änderungseinrichtung einer Integrationskonstanten der Integrier einrichtung für die Ausgangsspannung aufweist.

7. Beschleunigungsmesser gemaß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die physikalische Größe eine Beschleunigung ist.

8. Druckvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die physikalische Größe ein Druck ist.

9. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine physikali sche Größe gemäß einer Erfassung einer alternativen Stromkomponente gemäß einer Änderung einer elektrostatischen Kapazität eines Meßkon densators (2, 21, 53, 81, 116), welcher in einem Fühlerteil (34 und 35, 40 und 41) gebildet ist, angefordert wird, wobei das Sensorelement aufweist:
eine Einrichtung zum Verbinden einer Ausgabespannung an eine Ener gieversorgungsspannung oder eine Erdungsspannung in dem Fall, daß ein Kapazitätswert des Meßkondensators (2, 21, 53, 81, 116) von einem zuvor vorbestimmten Kapazitätswert abweicht.

10. Sensorelement nach Anspruch 9, wobei das Sensorelement weiterhin aufweist:
eine Einrichtung zum Beurteilen des Fehlers in einem Fall, bei dem die Ausgangsspannung mit der Energieversorgungsspannung oder der Er dungsspannung durch Verbindungseinrichtungen für die Energieversor gungsspannung oder die Erdungsspannung verbunden ist.