專利名稱：增強(qiáng)抑制加速度噪聲的微機(jī)電陀螺儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微機(jī)電結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種對(duì)偏航角加速度敏感的陀螺儀，該微 機(jī)電結(jié)構(gòu)具有增強(qiáng)的機(jī)械特性，在抑制加速度噪聲方面尤為如此。
背景技術(shù)：
我們都知道，顯微機(jī)械加工技術(shù)可以在半導(dǎo)體材料層中制造微機(jī)電結(jié)構(gòu)或系統(tǒng) (MEMS)，半導(dǎo)體材料層淀積在(例如，多晶硅層)或者生長(zhǎng)在(例如，外延層)犧牲層上，該 犧牲層通過化學(xué)刻蝕的方法被去除。采用這種技術(shù)構(gòu)造的慣性傳感器、加速度計(jì)以及陀螺 儀例如在汽車領(lǐng)域、慣性導(dǎo)航或便攜式裝置的部件中取得了逐步的成功。尤其，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的是采用MEMS技術(shù)構(gòu)造的由半導(dǎo)體材料制成的一體 式陀螺儀。
這些陀螺儀利用科里奧利(Coriolis)加速度基于相對(duì)加速度定理而工作。當(dāng)向 以線速度運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)質(zhì)量塊施加角速度時(shí)，移動(dòng)質(zhì)量塊“感覺”到一個(gè)明顯的力，稱之為“科 里奧利力”，該力決定移動(dòng)質(zhì)量塊在與該線速度的方向垂直且與施加角速度所圍繞的軸線 垂直的方向上的位移。移動(dòng)質(zhì)量塊由能夠使其在該明顯的力的方向上發(fā)生位移的彈簧支 撐?；诨⒖硕?Hooke’ s law)，該位移與該明顯的力成比例，因此，從移動(dòng)質(zhì)量塊的位 移有可能檢測(cè)科里奧利力以及產(chǎn)生該力的角速度值。例如，可以通過在共振條件下確定由 移動(dòng)電極的運(yùn)動(dòng)引起的電容變化來電容性地檢測(cè)移動(dòng)質(zhì)量塊的位移，該移動(dòng)電極相對(duì)于移 動(dòng)質(zhì)量塊固定，并且為具有固定電極的梳指。由本申請(qǐng)人申請(qǐng)的歐洲專利申請(qǐng)EP-A-1832841以及美國(guó)專利申請(qǐng) US2009/0064780和US2009/0100930披露了一種具有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)并對(duì)偏航角速度敏感的 微機(jī)電一體式傳感器。該微機(jī)電傳感器包括一個(gè)單個(gè)驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊，與基體錨固并由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)致動(dòng)。通孔 提供在該驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊內(nèi)，相應(yīng)的敏感質(zhì)量塊設(shè)在該通孔內(nèi)；敏感質(zhì)量塊封裝在驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊 的總尺寸內(nèi)，并相對(duì)基體懸浮，并通過彈性元件與驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊連接。在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)期間，每個(gè) 敏感質(zhì)量塊相對(duì)于驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊固定，并且具有更大的運(yùn)動(dòng)自由度，該運(yùn)動(dòng)自由度隨作用在 該傳感器上的外應(yīng)力(特別是科里奧利力)而變。由于彈性元件特定的結(jié)構(gòu)，它們可以使 敏感質(zhì)量塊響應(yīng)于科里奧利加速度而在屬于傳感器平面的徑向方向上執(zhí)行檢測(cè)的線性運(yùn) 動(dòng)。這種檢測(cè)運(yùn)動(dòng)基本上與驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊的致動(dòng)運(yùn)動(dòng)是解耦的。微機(jī)電結(jié)構(gòu)，除了緊湊(關(guān) 于設(shè)想單個(gè)驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊在其總尺寸內(nèi)封裝多個(gè)敏感質(zhì)量塊)外，還可以通過微小的結(jié)構(gòu)更 改而獲得單軸陀螺儀、雙軸陀螺儀或者三軸陀螺儀(根據(jù)實(shí)施的電連接，和/或可能是加速 度計(jì))，同時(shí)保證與來自檢測(cè)動(dòng)態(tài)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)的極好的解耦性。圖1表示的是根據(jù)前述專利申請(qǐng)中所包含教導(dǎo)的用1表示的單軸微機(jī)電陀螺儀的 示例性實(shí)施例。陀螺儀1提供在沖模(die) 2中，該沖模2包括框架2b和由半導(dǎo)體材料(例如硅) 制成的基體2a ；框架2b在其內(nèi)限定有開口區(qū)域2c，其重疊在基體2a上并被設(shè)計(jì)為封裝陀螺儀1的檢測(cè)結(jié)構(gòu)(正如下面詳細(xì)描述的)。在由第一水平軸線χ和第二水平軸線y定義 的水平平面內(nèi)(在下文中，指?jìng)鞲衅髌矫鎥y)，開口區(qū)域2c具有大體正方形或者矩形結(jié)構(gòu)， 該第一水平軸線χ和第二水平軸線y相對(duì)于該沖模2是固定的；框架2b具有與水平軸線χ、 y基本平行的邊。沖模墊(die pad) 2d沿著框架2b的一邊布置，例如沿著第一水平軸線χ 排列。以一種未示出的方式，沖模墊2d可以使得陀螺儀1的檢測(cè)結(jié)構(gòu)與外部電接觸。陀螺儀1包括驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，其封裝在開口區(qū)域2c內(nèi)并由驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊3和驅(qū)動(dòng)組件4 構(gòu)成。
驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊3例如具有徑向?qū)ΨQ的大體圓形構(gòu)造，該構(gòu)造基本為平面結(jié)構(gòu)，在傳 感器平面xy上具有主尺寸，在與豎直軸線ζ平行的方向上具有相對(duì)于主尺寸的可忽略尺 寸，豎直軸線ζ與第一和第二水平軸線χ、y 一起構(gòu)成相對(duì)于沖模2固定的一組三個(gè)正交軸 線。驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊3以中空空間6為中心設(shè)置，空間6的中心0與整個(gè)結(jié)構(gòu)的質(zhì)心以及對(duì)稱 中心相重合。驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊3通過設(shè)置在中心0的第一錨固點(diǎn)7a與基體2a錨固，它通過第一彈 性錨固元件8a與第一錨固點(diǎn)7a連接。驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊3可以通過設(shè)置在同一驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊3外 部的另外的錨固點(diǎn)(未示出)與基體2a錨固，該驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊通過例如折疊形的另外的彈性 錨固元件(未示出)與另外的錨固點(diǎn)連接。第一和另外的彈性錨固元件可以使驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊 3圍繞穿過中心0的平行于豎直軸線ζ并垂直于傳感器平面xy的致動(dòng)軸線進(jìn)行以驅(qū)動(dòng)角速 度& 的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊3具有一對(duì)通孔9a、9b，所述通孔例如沿著第二水平軸線y在徑向方向 排列，并且設(shè)置在相對(duì)于中空空間6的相對(duì)側(cè)；通孔9a、9b在平面視圖上具有基本矩形的形 狀，在橫向于徑向的方向上具有主尺寸。驅(qū)動(dòng)組件4包括多個(gè)從動(dòng)臂10和多個(gè)第一和第二驅(qū)動(dòng)臂12a、12b，所述從動(dòng)臂10 在徑向上從驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊3向外延伸并以等角距離間隔配置，所述第一和第二驅(qū)動(dòng)臂與各個(gè) 從動(dòng)臂10平行并且在其相對(duì)側(cè)延伸。每個(gè)從動(dòng)臂10具有多個(gè)第一電極13，所述第一電極 在同一從動(dòng)臂10的兩側(cè)并垂直于同一從動(dòng)臂10延伸。并且，第一和第二驅(qū)動(dòng)臂12a、12b的 每一個(gè)具有各自的第二電極14a、14b，其向各自的從動(dòng)臂10延伸，并與相應(yīng)的第一電極13 梳齒連接。第一驅(qū)動(dòng)臂12a全部設(shè)置在各個(gè)從動(dòng)臂10的一側(cè)，并全部以第一電壓偏置；類似 地，第二驅(qū)動(dòng)臂12b都設(shè)置在各個(gè)從動(dòng)臂10的相對(duì)側(cè)，并且都以第二電壓偏置。驅(qū)動(dòng)電路 (未示出)連接至第二電極14a、14b，以施加第一和第二電壓并通過電極的相互交替吸引來 確定驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊3繞驅(qū)動(dòng)軸線以給定振蕩頻率和驅(qū)動(dòng)角速度的振蕩旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。陀螺儀1進(jìn)一步包括一對(duì)加速度傳感器，其軸線平行于前述徑向方向，具體為一 對(duì)封裝在通孔9a、9b內(nèi)的敏感質(zhì)量塊15a、15b ；敏感質(zhì)量塊15a、15b例如具有大體矩形形 狀，其邊與通孔9a、9b的相應(yīng)側(cè)平行，并相對(duì)于基體2a懸浮，并通過彈性支撐元件18連接 至驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊3。彈性支撐元件18例如在徑向上從每個(gè)敏感質(zhì)量塊的相對(duì)的主側(cè)面伸出。 具體地，彈性支撐元件18相對(duì)于驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊3的致動(dòng)運(yùn)動(dòng)是剛性的(以這種方式，使得敏 感質(zhì)量塊15a、15b將跟隨驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊3進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))，并且還可以使各個(gè)敏感質(zhì)量塊在前 述的徑向方向上進(jìn)行線性運(yùn)動(dòng)。并且，移動(dòng)電極20與第二敏感質(zhì)量塊15a、15b連接，例如 在垂直于該徑向的方向上從各個(gè)較小邊延伸；移動(dòng)電極20與平的平行板構(gòu)成敏感電容器，
5平的平行板具有錨固至驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊3的各個(gè)第一和第二固定電極22a、22b。具體地，每個(gè) 移動(dòng)電極20與各個(gè)第一固定電極22a(例如，相對(duì)于中心0在徑向更靠里邊的那個(gè))構(gòu)成 第一敏感電容器C1,以及與第二固定電極22b (例如，相對(duì)于中心0在徑向上更靠外面的那 個(gè))構(gòu)成第二敏感電容器C2。在使用中，陀螺儀1能夠檢測(cè)繞豎直軸線ζ作用的(偏航)角速度Az。具體地，該 將要被檢測(cè)的角速度Gz在以徑向方向定向的敏感質(zhì)量塊15a、15b上產(chǎn)生科里奧利力& (因 此，定向?yàn)樽饔迷谙嗤|(zhì)量塊上的向心力)，該力引起敏感質(zhì)量塊的位移以及相應(yīng)敏感電容 器‘(2的電容變化。電容變化的值與角速度^^成比例，因此，其可以通過按照差分方案運(yùn) 行的讀數(shù)電路用本身已知的方式確定。具體地，在固定電極22a、22b與移動(dòng)電極20之間提 供適當(dāng)?shù)倪B接，使得以差分方式放大與第一和第二敏感電容器Cp C2的變化相關(guān)的電量之 間的差。具體地，在由于偏航角加速度作用在結(jié)構(gòu)上而導(dǎo)致科里奧利力存在的情況下，敏 感質(zhì)量塊15a、15b在徑向方向上反相移動(dòng)(換句話說，它們相對(duì)于徑向方向在相反方向或 者取向上位移)，使得差分讀數(shù)電子裝置產(chǎn)生放大的電輸出量。替代的，在徑向方向作用在 結(jié)構(gòu)上的外部加速度(例如，由于環(huán)境噪聲引起的加速度)引起敏感質(zhì)量塊15a、15b的同 相運(yùn)動(dòng)，結(jié)果其不被讀數(shù)電子裝置讀出(假設(shè)它不引起明顯的輸出)?；旧?，由于差分讀數(shù)，外部加速度理想地被自動(dòng)抑制。事實(shí)上，盡管有用的科里 奧利信號(hào)趨向于使位于相對(duì)徑向方向上的敏感質(zhì)量塊15a、15b失去平衡，但是外部加速度 確定出具有相同符號(hào)(或方向)的變化。通過由兩個(gè)加速度傳感器產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)之間的 差值，有可能測(cè)量科里奧利貢獻(xiàn)(contribution)并抑制偽加速度。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)也產(chǎn)生離心加速度，其以基本上與前述科里奧利加速度相似的方式 作用在敏感質(zhì)量塊15a、15b上(即，在相反方向上引起其位移)。然而，該離心加速度在輸 出上引起頻率為兩倍于科里奧利加速度頻率的貢獻(xiàn)，并且從而可以被讀數(shù)電子裝置適當(dāng)?shù)?濾波。即使前述專利申請(qǐng)所述的陀螺儀與已知類型的其他結(jié)構(gòu)相比較具有相當(dāng)?shù)母倪M(jìn)， 但是其都并沒有從電特性和抗擾性的方面一起優(yōu)化。尤其，在給定的真實(shí)操作條件下，對(duì)外 部加速度(例如，噪聲加速度)抗擾性不好，并且對(duì)由于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)作用于結(jié)構(gòu)上的離心 加速度的影響的抗擾性也不好。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是對(duì)微機(jī)電陀螺儀結(jié)構(gòu)提供進(jìn)一步的改進(jìn)，尤其是關(guān)于對(duì)外 部加速度噪聲和離心加速度的敏感性。從而根據(jù)本發(fā)明提供的微機(jī)電結(jié)構(gòu)包括-驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊，通過彈性錨固元件錨固于基體，并被設(shè)計(jì)為在平面內(nèi)由驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)而 致動(dòng)；以及-第一敏感質(zhì)量塊和第二敏感質(zhì)量塊，懸浮在所述驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊內(nèi)并通過各個(gè)彈性 支撐元件聯(lián)接到驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊，從而在所述驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)中固定于所述驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊并響應(yīng)于角速 度執(zhí)行各自的檢測(cè)運(yùn)動(dòng)，其特征在于，所述第一和第二敏感質(zhì)量塊通過彈性聯(lián)接元件連接在一起，彈性聯(lián)接元件構(gòu)造成耦合第一和第二敏感質(zhì)量塊的振動(dòng)模式。


為了更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)在僅通過非限制性的例子和參照附圖的方式對(duì)其優(yōu)選 實(shí)施例進(jìn)行描述，其中-圖1表示的是已知類型的微機(jī)電陀螺儀的示意頂面俯視圖；-圖2是圖1陀螺儀的敏感質(zhì)量塊的彈性連接的示意圖；-圖3a、3b、4a、4b表示的是圖1陀螺儀中的電量的圖示；-圖5表示的是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的微機(jī)電陀螺儀的示意頂面俯視圖；-圖6是圖5陀螺儀的敏感質(zhì)量塊的彈性連接的示意圖；-圖7a、7b、8a、8b表示的是對(duì)應(yīng)于圖5陀螺儀的電量的圖示；-圖9表示的是微機(jī)電陀螺儀的第二實(shí)施例的示意頂面俯視圖；-圖10、lla、llb表示的是圖9陀螺儀元件的各部分的分級(jí)放大圖；-圖12a和12b表示的是圖9陀螺儀中的電量的圖示；-圖13表示的是對(duì)應(yīng)于三軸陀螺儀的本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例；以及-圖14表示的是具有根據(jù)本發(fā)明的微機(jī)電陀螺儀的電子設(shè)備的簡(jiǎn)化框圖。
具體實(shí)施例方式本申請(qǐng)人實(shí)現(xiàn)并用試驗(yàn)證明了對(duì)困擾前面所述陀螺儀的外部加速度噪聲的不良 抗擾性可以歸因于可能的過程變異(散布)，尤其是敏感質(zhì)量塊和對(duì)應(yīng)彈性元件的機(jī)械特 性中的可能的差異，其可能來源于該散布。詳細(xì)地，如圖2所示(其中，示意性圖示出了通過彈性支撐元件18在敏感質(zhì)量塊 15a、15b和驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊3之間的彈性連接)，敏感質(zhì)量塊15a、15b的振動(dòng)模式被彼此去耦并 理想地以相同的頻率振動(dòng)。然而由于過程散布(process spread)，兩個(gè)敏感質(zhì)量塊15a、15b的共振頻率并不 能很好地一致(例如，它們可能彼此相差10-20HZ)，對(duì)于高品質(zhì)因子Q，這使得不能很好地 抵制外部加速度噪聲。事實(shí)上，頻率與敏感質(zhì)量塊15a、15b的共振頻率相近的外部加速度 可以產(chǎn)生兩個(gè)敏感質(zhì)量塊的更加顯著不同的響應(yīng)，從而從相應(yīng)的讀數(shù)電子裝置產(chǎn)生非零輸 出(即使所采用的差分方案可以理想地抵制這些噪聲也是如此)?？紤]到敏感質(zhì)量塊的共 振頻率的典型值位于4-5kHz的區(qū)域內(nèi)，由于上述原因，顯然具有音頻的環(huán)境噪聲也可以產(chǎn) 生更加顯著的輸出噪聲。上述行為由本申請(qǐng)人通過適當(dāng)?shù)臄?shù)值模擬予以證實(shí)。圖3a和3b表示了數(shù)值處理 的結(jié)果，其中通過在與敏感質(zhì)量塊15a、15b相關(guān)的彈性支撐元件18的剛度上應(yīng)用的差 來模擬過程散布；驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊的錨固點(diǎn)7a(以及可能的另外錨固點(diǎn))的隨機(jī)位移噪聲被用 來模擬外部加速度激勵(lì)。具體地，圖3a和3b分別用線性和對(duì)數(shù)刻度表示陀螺儀1的讀數(shù) 電子裝置的輸出0UT(以及對(duì)敏感電容器輸出的信號(hào)所進(jìn)行的放大和解調(diào)操作的結(jié)果)，同 時(shí)，圖4a和4b分別表示的是敏感質(zhì)量塊15a、15b的機(jī)械傳遞函數(shù)的大小(Mag)和相位。這 些曲線圖突出呈現(xiàn)了由于兩個(gè)敏感質(zhì)量塊15a、15b的不同共振頻率造成的相隔約20Hz的 兩個(gè)明顯的頻率峰，還呈現(xiàn)了在存在噪聲加速度時(shí)讀數(shù)電子裝置的非零輸出(其可能具有甚至可以與角加速度檢測(cè)過程中假定的值相當(dāng)?shù)闹?。為了解決上述問題，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例設(shè)想使兩個(gè)敏感質(zhì)量塊機(jī)械聯(lián)接(具體 通過合適的彈性元件)，從而耦合它們的檢測(cè)振動(dòng)模式。具體地(可以參考圖5，其中相同的標(biāo)記數(shù)字用來表示與前面已經(jīng)描述的其它元 件類似的元件)，微機(jī)電陀螺儀，這里用30表示，與圖1中的陀螺儀1的根本區(qū)別在于，它包 括被設(shè)計(jì)用來將敏感質(zhì)量塊15a、15b彼此彈性聯(lián)接的彈性聯(lián)接元件32a、32b。在這個(gè)例子中，存在單個(gè)通孔，這里用34表示，其也與這里用6’表示的中空空間 相一致，被限定在驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊3 (這里具有圓框形狀)的中央。位于通孔34內(nèi)的是兩個(gè)敏 感質(zhì)量塊15a、15b和不同的彈性元件，被設(shè)計(jì)成保證通過連接實(shí)現(xiàn)它們與驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊3的 聯(lián)接和機(jī)械支撐。更詳細(xì)地，各個(gè)彈性聯(lián)接元件32a、32b與每個(gè)敏感質(zhì)量塊15a、15b相關(guān)；彈性聯(lián)接 元件32a、32b例如相對(duì)于彈性支撐元件18的相對(duì)側(cè)由各個(gè)敏感質(zhì)量塊的主側(cè)面延伸至中 心0 (這里對(duì)每個(gè)敏感質(zhì)量塊只示出了一個(gè)彈性支撐元件18)。彈性聯(lián)接元件32a、32b通過 設(shè)在中央位置(例如設(shè)置在中心0處)的連接體35連接在一起。連接體35被構(gòu)造成具有 基本可以忽略的重量和尺寸，尤其在與相同敏感質(zhì)量塊以及彈性元件相比時(shí)。如圖6的圖 示所示，連接體35除了與上述的敏感質(zhì)量塊15a、15b連接，還通過另外的彈性支撐元件36 與驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊3連接。例如由折疊型的彈簧組成的另外的彈性支撐元件36在中心0處例 如在橫向于敏感質(zhì)量塊15a、15b排列對(duì)準(zhǔn)的徑向的方向上延伸(與彈性聯(lián)接元件32a、32b 的延伸方向一致)。具體地，另外的彈性支撐元件36用于進(jìn)一步將敏感結(jié)構(gòu)向驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊 3約束，以便增加敏感質(zhì)量塊15a、15b相對(duì)于沿豎直軸線ζ平移的剛度。在這個(gè)例子中，驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊3的彈性錨固元件此外以不同的方式布置在中空空間 6’內(nèi)。例如，提供四個(gè)錨固點(diǎn)7a’，所述錨固點(diǎn)成對(duì)地在另外彈性支撐元件36的每個(gè)側(cè)面 上延伸，驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊3通過以向中心0會(huì)聚的方式徑向延伸的各個(gè)彈性錨固元件8a’與錨 固點(diǎn)7a’連接。在使用中，彈性聯(lián)接元件32a、32b具有將敏感質(zhì)量塊15a、15b的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)相耦合 的功能，使得所得到的機(jī)械敏感結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)不同的獨(dú)立振動(dòng)模式。具體地，產(chǎn)生同相的第 一振動(dòng)模式和反相的第二振動(dòng)模式，它們具有彼此明顯分開的共振頻率。在兩種情況中，兩 個(gè)敏感質(zhì)量塊15a、15b以相同的頻率振動(dòng)。從而通過讀數(shù)電子裝置(這里進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母?進(jìn))方便地抑制與噪聲加速度相關(guān)的同相振動(dòng)模式，并且對(duì)于后續(xù)處理操作僅保存表示將 要被檢測(cè)的角速度的反相振動(dòng)模式。具體地，噪聲抑制主要與差分型讀數(shù)相關(guān)，其中同相振 動(dòng)模式對(duì)讀數(shù)電子裝置來說不產(chǎn)生顯著的電容變化。圖7a和7b表示的是與前述對(duì)于圖1的已知類型的結(jié)構(gòu)所進(jìn)行的數(shù)值處理相類似 的數(shù)值處理的結(jié)果，直接將用圖5的陀螺儀30所獲得的值(用實(shí)線表示)與用所述已知類 型的所述結(jié)構(gòu)獲得的值(用虛線表示)進(jìn)行比較?？梢择R上注意到，敏感質(zhì)量塊15a、15b的振動(dòng)模式的耦合在輸出(在相對(duì)于驅(qū)動(dòng) 頻率進(jìn)行了適當(dāng)?shù)慕庹{(diào)之后)上產(chǎn)生頻率明顯彼此分開的兩個(gè)噪聲貢獻(xiàn)一個(gè)對(duì)應(yīng)于同相 振動(dòng)，其頻率大約為對(duì)應(yīng)于反相振動(dòng)的另一個(gè)的兩倍。具體地，兩個(gè)噪聲貢獻(xiàn)的頻率是對(duì)應(yīng) 共振頻率(同相和反相)和驅(qū)動(dòng)頻率之間的差異造成的結(jié)果。此外，可以馬上注意到，與傳統(tǒng)的方案相比，上述的耦合可以將陀螺儀30對(duì)外部
8線性加速度(例如噪聲加速度)的輸出響應(yīng)降低大約100倍。如圖8a和8b所示，機(jī)械系統(tǒng)具有與反相振動(dòng)模式相關(guān)的單個(gè)峰，這與其特征在于 在頻率上具有雙峰的已知類型的方案不同。從而顯然的是，所述的實(shí)施例能夠?qū)鞲衅髌矫鎥y內(nèi)的線性加速度噪聲的抑制 有顯著的改進(jìn)。具體地，兩個(gè)振動(dòng)模式的頻率在過程散布存在的情況下基本是不變的，并且 差分型讀數(shù)能夠方便地去除不想要的同相振動(dòng)模式的貢獻(xiàn)。從機(jī)械方面講，上述兩個(gè)不同的振動(dòng)模式源于敏感質(zhì)量塊15a、15在同相和反相 運(yùn)動(dòng)過程中不同的位移形態(tài)。具體地，在反相運(yùn)動(dòng)過程中，敏感質(zhì)量塊15a、15b的位移源于 彈性聯(lián)接元件32a、32b和彈性支撐元件18的變形，從而使得連接體35基本保持靜止于中 央位置。在同相運(yùn)動(dòng)過程中，彈性聯(lián)接元件32a、32b與反相運(yùn)動(dòng)相比經(jīng)歷較小的變形，彈性 支撐元件36 (其在反相運(yùn)動(dòng)中基本是固定的)也變形，連接體35在徑向位移。然而，本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，陀螺儀30雖然有利地能夠抑制噪聲線性加速度，但是未能 一起解決由于存在離心加速度而帶來的問題。驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊3的旋轉(zhuǎn)事實(shí)上產(chǎn)生了在相對(duì)于 檢測(cè)的徑向方向相反的方向上作用于敏感質(zhì)量塊15a、15b的離心加速度，并且從而產(chǎn)生其 反相振動(dòng)(采用與科里奧利力的作用類似的方式，科里奧利力與將要被檢測(cè)的偏航角加速 度相關(guān)聯(lián))。如以本申請(qǐng)人的名字申請(qǐng)的上述歐洲專利申請(qǐng)中詳細(xì)描述的那樣，可以表明 離心加速度引起振動(dòng)貢獻(xiàn)所處的頻率是由將要被檢測(cè)的加速度引起振動(dòng)貢獻(xiàn)所處頻率的 兩倍，從而使得可以理想地對(duì)其貢獻(xiàn)進(jìn)行濾波。然而，本申請(qǐng)人證實(shí)，在給定的操作條件下，盡管具有足夠的濾波級(jí)，離心加速度 還是可以在讀數(shù)電子裝置中引起放大級(jí)的飽和，并且從而在任何情況下引起角加速度檢測(cè) 中的錯(cuò)誤。為了解決上述問題，本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例設(shè)想借助于敏感結(jié)構(gòu)的適當(dāng)?shù)膸缀螛?gòu) 造對(duì)離心加速度的影響進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償(即，作為選擇，或者除此之外，對(duì)讀數(shù)電子水平處進(jìn) 行的補(bǔ)償提供內(nèi)在的機(jī)械補(bǔ)償)。如圖9所示，這里用30’表示的陀螺儀第二實(shí)施例與前述陀螺儀實(shí)施例的區(qū)別基 本在于移動(dòng)和固定電極以及在所述的例子中的敏感質(zhì)量塊的構(gòu)造不同，移動(dòng)和固定電極這 里分別用20，和22a，、22b，表示，敏感質(zhì)量塊用15a，、15b，表示。具體地，第二實(shí)施例設(shè)想對(duì)移動(dòng)電極20’和各個(gè)第一或第二固定電極22a’、22b’ 中的至少一個(gè)進(jìn)行適當(dāng)定形，以這種方式使得在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生敏感電容器的電 容變化，其可以補(bǔ)償其由于存在離心加速度造成的電容變化。詳細(xì)地，在這種情況中，敏感質(zhì)量塊15a’、15b’具有大致成梯形的構(gòu)造，其內(nèi)限定 有窗體40 ；移動(dòng)電極20’和相應(yīng)的固定電極22a’(徑向更向內(nèi))和22b’(徑向更向外)布 置在該窗體40內(nèi)。在傳感器平面xy內(nèi)，窗體40的形狀呈環(huán)帶扇形，移動(dòng)電極20’和固定 電極22a’、22b’大致呈弧形。移動(dòng)電極20’在窗體40內(nèi)部從各個(gè)敏感質(zhì)量塊15a’、15b’的傾斜側(cè)開始延伸。與 每個(gè)移動(dòng)電極20’相關(guān)的第一和第二固定電極22a’、22b’在相對(duì)側(cè)面對(duì)該移動(dòng)電極設(shè)置， 并通過各個(gè)錨固點(diǎn)42與基體2a錨固(見圖10)，各個(gè)錨固點(diǎn)42也布置在窗體40內(nèi)。具體 地，有兩組移動(dòng)電極20’和相應(yīng)的第一和第二固定電極22a’、22b’，每組設(shè)置在上述窗體40 由徑向檢測(cè)方向所分成的相應(yīng)半體中。
更具體地，如逐級(jí)放大的圖10和IlaUlb所示，每個(gè)移動(dòng)電極20’具有第一側(cè)表 面(具體地，該表面與各個(gè)第一固定電極22a’相對(duì)，或等價(jià)地，該側(cè)表面相對(duì)于中心0在徑 向上更靠?jī)?nèi))，該第一側(cè)表面根據(jù)合適的圖案被定形，以及具有第二側(cè)表面(具體地，該表 面與各個(gè)第二固定電極22b’相對(duì)，或等價(jià)地，該徑向表面相對(duì)于中心0在徑向上更靠外)， 該第二側(cè)表面沒有被定形。具體地，沒有被定形的第二側(cè)表面對(duì)應(yīng)于圓周的弧，同時(shí)被定形 的第一側(cè)表面具有波浪起伏形的大致呈正弦曲線輪廓(如上述圖10、lla、llb的頂視圖突 出呈現(xiàn)所示)。此外，第二固定電極22b’(徑向更靠外的)具有兩個(gè)未被定形的側(cè)表面，第一固定 電極22a’(徑向更靠?jī)?nèi)的)具有兩個(gè)定形的側(cè)表面，具體地，具有同樣的正弦曲線輪廓，大 致對(duì)應(yīng)于移動(dòng)電極20’的第一側(cè)表面的正弦曲線輪廓。在使用中，作用于每個(gè)移動(dòng)質(zhì)量塊15a’、15b’的離心加速度引起(如箭頭所示)每 個(gè)移動(dòng)電極20’向?qū)?yīng)第二固定電極22b’的不希望的靠近(與檢測(cè)角加速度的運(yùn)動(dòng)不相 關(guān))，以及引起相同移動(dòng)電極20’離開相應(yīng)第一固定電極22a’的相應(yīng)位移，從而減小第一敏 感電容器C1的電容，增加第二敏感電容器C2的電容(以已知方式，假設(shè)電容與電極間距離 的關(guān)系是非線性的，那么增加比上述減小要大)。然而，驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊3的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)也會(huì)引起 移動(dòng)電極20’相對(duì)于固定電極22a’、22b’的周向位移(如箭頭所示)。假設(shè)對(duì)構(gòu)成其板的 電極的側(cè)表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)亩ㄐ危撝芟蛭灰埔鸬牡谝幻舾须娙萜鰿1的整體電容變化(具 體地，由于板之間的凈靠近，電容增加)，從而等于并補(bǔ)償由離心加速度貢獻(xiàn)造成的第二敏 感電容器C2的變化。并且，由于電極定形造成的電容變化的頻率貢獻(xiàn)基本與由于離心加速 度(如上所述，其頻率是檢測(cè)頻率的兩倍)造成的頻率貢獻(xiàn)相一致，因此可以有效地補(bǔ)償所 引起的電容變化。換言之，通過上述的定形，有可能在敏感電容器之間產(chǎn)生電容差(之后由 讀數(shù)電子裝置處理的差)，其在不存在科里奧利加速度從而不存在待檢測(cè)的角加速度時(shí)基 本保持恒定。有利的是，也是由于第二敏感電容C2的電容值不受由于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)造成的移動(dòng) 電極20’的周向位移的影響，所以通過合適的數(shù)學(xué)模型和合適的計(jì)算算法，可以很容易地確 定定形參數(shù)(具體地，以振幅和/或周期為單位的正弦曲線輪廓的參數(shù))，這可以使得由于 離心加速度造成的敏感電容！CpC2之間的電容差A(yù)C最小。例如，對(duì)整個(gè)電極表面上的電 容變化進(jìn)行數(shù)值積分的算法(這是已知類型的，這里不再詳細(xì)描述)可以用于這個(gè)目的來 確定電極的幾何形狀的參數(shù)，從而使得電容差△(最小。在圖12a中，在驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)過程中僅由離心加速度造成的與移動(dòng)電極20’相關(guān)的電 容變化用實(shí)線表示，僅由上述電極的定形造成的與同一移動(dòng)電極20’相關(guān)的電容變化由虛 線表示。容易注意的是，上述電容變化基本上是相等的。因此，如圖12b中所示，由于該內(nèi) 在的機(jī)械補(bǔ)償，對(duì)所引起的電容變化(電容差△(，由上述電容變化的差給出)的補(bǔ)償誤差 基本為零或任何情況下都可以忽略。具體地，可以表明該內(nèi)在補(bǔ)償可以將離心加速度的噪 聲影響因子降低100。雖然顯而易見，但是強(qiáng)調(diào)的是上述的正弦曲線形狀不是唯一可以獲得上述效果的 形狀，其他的幾何形狀也同樣是可能的(例如，可以設(shè)想以鋸齒狀輪廓來定形)，其參數(shù)也 可以通過數(shù)值算法確定。本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例設(shè)想通過為用于感測(cè)偏航角加速度的上述檢測(cè)結(jié)構(gòu)增加用于感測(cè)傾斜和/或滾轉(zhuǎn)角加速度的檢測(cè)結(jié)構(gòu)(基本如以本申請(qǐng)人的名字提出的上述專利 申請(qǐng)中所描述的)來提供雙軸或三軸陀螺儀。圖13表示的是如此獲得的三軸陀螺儀的一個(gè)例子，其用標(biāo)記數(shù)字30”來表示。簡(jiǎn)單扼要地(而有關(guān)進(jìn)一步的細(xì)節(jié)可以參考上述專利申請(qǐng))，這個(gè)例子中的陀螺 儀30”(如圖所示)包括第一對(duì)和第二對(duì)另外的敏感質(zhì)量塊46a-46b和46c_46d，其封裝在 驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊3中的各個(gè)通孔內(nèi)，并通過各個(gè)彈性元件47與驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊連接。第一對(duì)另外的敏感質(zhì)量塊46a、46b排列在第一直徑方向X1上，該方向相對(duì)于沖模 2的第一水平軸χ傾斜，傾斜角度是α (在逆時(shí)針方向考慮)，傾斜角度的值在40°到50° 之間，優(yōu)選為45°。類似地，第二對(duì)另外的敏感質(zhì)量塊46c、46d排列在第二直徑方向X2上， 該方向與第一直徑方向X1基本垂直，并相對(duì)于第一水平軸Χ傾斜相同的傾斜角度α (這 時(shí)在相反方向上考慮，即順時(shí)針)。此外，第一對(duì)另外的敏感質(zhì)量塊46a、46b與第二對(duì)另外 的敏感質(zhì)量塊46c、46d相對(duì)于沖模墊2d的對(duì)稱軸線(與第二水平軸線y重合)對(duì)稱。例 如，另外的敏感質(zhì)量塊46a-46d在平面圖上的形狀大致如徑向環(huán)帶扇形(radial annulus sector)，并且構(gòu)成軸線平行于豎直軸線ζ的加速度傳感器。在使用中，傾斜或滾轉(zhuǎn)角加速 度在另外的敏感質(zhì)量塊46a-46d上產(chǎn)生科里奧利力，從而使它們?cè)趥鞲衅髌矫鎥y外的旋 轉(zhuǎn)，并向與其面對(duì)并設(shè)在基體2a上的各個(gè)檢測(cè)電極(用短劃線表示)靠近(或者遠(yuǎn)離各個(gè) 檢測(cè)電極)。圖13還示出了另外的錨固點(diǎn)7b，其設(shè)在驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊3之外；驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊通過這些 另外的錨固點(diǎn)7b與基體2a錨固，驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊3通過另外的彈性錨固元件8b與另外的錨固 點(diǎn)7b連接。圖14表示的是包括上述微機(jī)電陀螺儀30’ (或30”)的電子設(shè)備50。該電子設(shè)備 50可以有利地用在多種電子系統(tǒng)中，例如，用在慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中、車輛系統(tǒng)中，或者諸如，例 如個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、便攜式計(jì)算機(jī)、蜂窩電話、數(shù)字語(yǔ)音播放器、照相機(jī)或者攝像機(jī)的 便攜型系統(tǒng)中，或者可以處理、存儲(chǔ)、傳輸以及接收信號(hào)和信息的其他系統(tǒng)中。電子設(shè)備50進(jìn)一步包括驅(qū)動(dòng)電路51，其可操作地聯(lián)接至驅(qū)動(dòng)組件4，用于給予驅(qū) 動(dòng)質(zhì)量塊3旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)并對(duì)微機(jī)電結(jié)構(gòu)提供偏壓信號(hào)(用本身已知的方式，這里不再詳 細(xì)解釋)；讀數(shù)電路52，可操作地聯(lián)接至敏感質(zhì)量塊的敏感電容器C1W2，用于檢測(cè)敏感質(zhì)量 塊的位移量并從而確定作用于結(jié)構(gòu)上的角速度；以及電子控制單元54，例如是微處理器型 的，其連接至讀數(shù)電路52并設(shè)計(jì)用于例如基于所檢測(cè)并確定的角速度來監(jiān)控電子設(shè)備50 的整體運(yùn)行。從上述的描述中已經(jīng)清楚了根據(jù)本發(fā)明提供的微機(jī)電陀螺儀的優(yōu)點(diǎn)。具體地，再次強(qiáng)調(diào)的是通過用于檢測(cè)偏航角加速度的敏感質(zhì)量塊的彈性元件進(jìn)行 的機(jī)械聯(lián)接可以抑制外部加速度噪聲(例如，由環(huán)境噪聲或者其他噪聲源所引起)，甚至在 存在過程散布的情況下也是如此。檢測(cè)電極的特別定形的圖案可以對(duì)由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)引起的離心加速度的影響進(jìn) 行補(bǔ)償并使其最小化。具體地，不需要在讀數(shù)電子裝置內(nèi)增加任何特別的額外配置，即可對(duì) 這些影響進(jìn)行內(nèi)在補(bǔ)償。此外，用于檢測(cè)偏航加速度的檢測(cè)結(jié)構(gòu)具有與雙軸或三軸陀螺儀都兼容的體系結(jié) 構(gòu)，可以使其與用于檢測(cè)傾斜和/或滾轉(zhuǎn)角加速度的結(jié)構(gòu)一體形成。
最后，清楚的是，在不脫離如所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明保護(hù)范圍的情況下，可 以對(duì)這里所描述和圖示的內(nèi)容進(jìn)行修改和變形。具體地，清楚地是，可以對(duì)陀螺儀的某些結(jié)構(gòu)元件的構(gòu)造提出修改。例如，用于檢 測(cè)偏航角加速度的敏感質(zhì)量塊15a’、15b’可以排列在傳感器平面xy內(nèi)的不同方向上(例 如，沿著第一水平軸線χ)；可以對(duì)彈性聯(lián)接元件32a、32b以及連接體35進(jìn)行不同的構(gòu)造； 可以根據(jù)希望的圖案對(duì)第一和第二固定電極22a’、22b’進(jìn)行定形，或者，可以僅對(duì)徑向更靠 外的第二固定電極22b’進(jìn)行定形；第一和第二固定電極22a’、22b’都可以延伸到相應(yīng)敏感 質(zhì)量塊15a’、15b’之外，其采用與參照?qǐng)D5所解釋的方式基本相同的方式。更通常地，驅(qū)動(dòng) 質(zhì)量塊3可以具有與圓形不同的形狀，例如封閉的大致多邊形，類似地，沖模2的框架2b的 形狀也可以不同。此外，可以采用不同于電容技術(shù)的其他技術(shù)例如通過檢測(cè)磁力來確定敏感質(zhì)量塊 的位移，可以以不同的方式產(chǎn)生引起驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的振蕩的扭矩，例如通過平行板 電極，或者通過磁致動(dòng)。
權(quán)利要求
一種一體式微機(jī)電結(jié)構(gòu)(30；30’；30”)，包括 驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊(3)，通過彈性錨固元件(8a；8b)錨固于基體(2a)，并被設(shè)計(jì)為在平面(xy)內(nèi)由驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)致動(dòng)；以及 第一敏感質(zhì)量塊(15a；15a’)和第二敏感質(zhì)量塊(15b；15b’)，懸浮在所述驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊(3)內(nèi)并通過各個(gè)彈性支撐元件(18)聯(lián)接到所述驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊，從而在所述驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)中固定于所述驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊并響應(yīng)于角速度執(zhí)行各自的檢測(cè)運(yùn)動(dòng)，其特征在于，所述第一敏感質(zhì)量塊(15a；15a’)和第二敏感質(zhì)量塊(15b；15b’)通過彈性聯(lián)接元件(32a；32b)連接在一起，所述彈性聯(lián)接元件構(gòu)造成耦合所述第一敏感質(zhì)量塊和第二敏感質(zhì)量塊的振動(dòng)模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中所述驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊(3)由所述平面(xy)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所 致動(dòng)，所述第一敏感質(zhì)量塊(15a;15a’)和第二敏感質(zhì)量塊(15b ；15b’)被設(shè)計(jì)為響應(yīng)于所 述角速度在所述平面(xy)內(nèi)執(zhí)行各自的線性檢測(cè)運(yùn)動(dòng)；所述第一敏感質(zhì)量塊(15a ；15a’ ) 和第二敏感質(zhì)量塊(15b ；15b’ )的檢測(cè)運(yùn)動(dòng)相對(duì)于彼此反相并且在徑向方向進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中各個(gè)彈性聯(lián)接元件(32a；32b)與所述第一敏感質(zhì)量塊 (15a ；15a’ )和第二敏感質(zhì)量塊(15b ；15b’ )中的每一個(gè)相關(guān)，所述第一敏感質(zhì)量塊(15a ； 15a，)和第二敏感質(zhì)量塊(15b ；15b，)的彈性聯(lián)接元件(32a ；32b)通過插入實(shí)質(zhì)上可忽略 質(zhì)量的連接體(35)而連接在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的結(jié)構(gòu)，包括連接在所述連接體(35)和所述驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊(3)之間的 另外的彈性支撐元件(36)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的結(jié)構(gòu)，其中所述驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊(3)在其內(nèi)限定通孔(34)；所述第一 敏感質(zhì)量塊(15a ；15a，)和第二敏感質(zhì)量塊(15b ；15b，)、所述彈性聯(lián)接元件(32a，32b)、所 述另外的彈性支撐元件(36)以及所述連接體(15)布置在所述通孔(34)內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中所述彈性聯(lián)接元件(32a，32b)構(gòu)造成使得成組的所述 第一敏感質(zhì)量塊(15a，15a’)和第二敏感質(zhì)量塊(15b，15b’)具有兩種振動(dòng)模式，一種是同 相的，另一種是反相的，所述兩種振動(dòng)模式具有彼此不同的頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中所述驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊(3)由所述平面(xy)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 所致動(dòng)，移動(dòng)電極(20’ )固定連接至所述第一敏感質(zhì)量塊(15a;15a’ )和第二敏感質(zhì)量塊 (15b ；15b’ )的每一個(gè)，固定電極(22a’，22b’ )面對(duì)所述移動(dòng)電極(20’ )以構(gòu)成敏感電容 器(C1, C2)；其中所述移動(dòng)電極(20’ )和所述固定電極(22a’，22b’ )中的至少一個(gè)互相面 對(duì)的表面具有公共的定形輪廓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的結(jié)構(gòu)，其中所述定形輪廓構(gòu)造成使得由于相對(duì)于所述驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng) 固定的所述第一敏感質(zhì)量塊(15a ；15a’ )和第二敏感質(zhì)量塊(15b ；15b’ )中的相應(yīng)一個(gè)的 運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生與所述敏感電容器(C1, C2)相關(guān)的電容變化，該電容變化的值從而補(bǔ)償由于所述 驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)帶來的離心加速度所引起的所述第一敏感質(zhì)量塊(15a，15a’ )和第二敏感質(zhì)量塊 (15b，15b’ )中的所述相應(yīng)一個(gè)的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的與所述敏感電容器(C1, C2)相關(guān)的電容變 化。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的結(jié)構(gòu)，其中第一固定電極(22a’)和第二固定電極(22b’ )在相 對(duì)于所述檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的徑向方向的相對(duì)側(cè)與每個(gè)所述移動(dòng)電極(20’ )相對(duì)；所述移動(dòng)電極 (20’ )中的每一個(gè)與所述第一固定電極(22a’ )和第二固定電極(22b’ )中的至少一個(gè)的互相面對(duì)的表面具有所述定形輪廓。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的結(jié)構(gòu)，其中所述定形輪廓是實(shí)質(zhì)上正弦曲線輪廓。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的結(jié)構(gòu)，其中所述第一敏感質(zhì)量塊(15a;15a’)和第二敏感質(zhì)量 塊(15b ；15b’ )中的每一個(gè)在其內(nèi)限定出窗體(40)，所述移動(dòng)電極(20’ )和所述固定電極 (22a’，22b’ )設(shè)置在該窗體(40)內(nèi)；所述移動(dòng)電極(20’ )從所述第一敏感質(zhì)量塊(15a; 15a’ )和第二敏感質(zhì)量塊(15b ； 15b’ )的內(nèi)壁延伸。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中所述角速度是在使用中圍繞橫向于所述平面(xy)的 豎直軸線(ζ)施加的偏航角速度。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，包括第一對(duì)另外的敏感質(zhì)量塊(46a，46b)和第二對(duì)另外的 敏感質(zhì)量塊(46c，46d)，所述另外的敏感質(zhì)量塊懸浮在所述驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊(3)內(nèi)并通過各個(gè) 彈性元件(47)聯(lián)接到所述驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊，從而在所述驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)中相對(duì)于所述驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊固 定并分別響應(yīng)于圍繞第一水平軸線(χ)和第二水平軸線(y)作用的第一另外的角速度和第 二另外的角速度而執(zhí)行在所述平面(xy)外的旋轉(zhuǎn)的檢測(cè)運(yùn)動(dòng)，該第一水平軸線(χ)和第二 水平軸線(y)相互垂直并屬于所述平面(xy)；所述第一對(duì)另外的敏感質(zhì)量塊(46a，46b)和 所述第二對(duì)另外的敏感質(zhì)量塊(46c，46d)在各自的方向(χι，χ2)排列，其相對(duì)于所述水平軸 線(χ，y)成非零且相反符號(hào)的傾角。
14.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1的一體式微機(jī)電結(jié)構(gòu)(30 ；30’;30”)以及讀數(shù)平臺(tái)(52) 的電子設(shè)備(50)，該讀數(shù)平臺(tái)(52)可操作地聯(lián)接到所述一體式微機(jī)電結(jié)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，其中所述彈性聯(lián)接元件(32a，32b)構(gòu)造成使得成組的 所述第一敏感質(zhì)量塊(15a ；15a’ )和第二敏感質(zhì)量塊(15b ；15b’ )具有兩種振動(dòng)模式，一 種是同相的，另一種是反相的，所述兩種振動(dòng)模式具有彼此不同的頻率；其中所述讀數(shù)平臺(tái) (52)構(gòu)造成消除所述同相振動(dòng)模式的貢獻(xiàn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，其中在相對(duì)于所述檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的徑向方向的相對(duì)側(cè)，與所 述移動(dòng)電極(20’)中的每一個(gè)相對(duì)的是第一固定電極(22a’)和第二固定電極(22b’)，從 而形成第一敏感電容器(C1)和第二敏感電容器(C2)；其中所述讀數(shù)平臺(tái)(52)構(gòu)造成處理 所述第一和第二敏感電容器(CnC2)之間的電容差(AC)。
全文摘要
本發(fā)明涉及增強(qiáng)抑制加速度噪聲的微機(jī)電陀螺儀。一種一體式微機(jī)電結(jié)構(gòu)(30；30’；30”)具有驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊(3)，通過彈性錨固元件(8a、8b)與基體(2a)錨固，并設(shè)計(jì)為在平面(xy)內(nèi)由驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)致動(dòng)；以及第一敏感質(zhì)量塊(15a；15a’)和第二敏感質(zhì)量塊(15b；15b’)，懸浮在所述驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊(3)內(nèi)并通過各個(gè)彈性支撐元件(18)與其聯(lián)接，從而在所述驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)中與所述驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊固定并響應(yīng)于角速度執(zhí)行各自的檢測(cè)運(yùn)動(dòng)。尤其，第一敏感質(zhì)量塊(15a；15a’)和第二敏感質(zhì)量塊(15b；15b’)通過彈性聯(lián)接元件(32a，32b)連接在一起，從而構(gòu)造成將它們的振動(dòng)模式耦合在一起。
文檔編號(hào)B81B7/02GK101898744SQ20091100016
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2009年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
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