專利名稱：振蕩微機(jī)械角速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在測(cè)量角速度中使用的測(cè)量裝置，并且更具體地， 涉及振蕩微機(jī)械角速度傳感器。本發(fā)明目的在于提供一種特別在緊 湊型振蕩微機(jī)械角速度傳感器解決方案中能夠進(jìn)行可靠和有效測(cè)量 的改進(jìn)的傳感器結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
基于振蕩角速度傳感器的測(cè)量已經(jīng)證明有簡(jiǎn)單的原理，并且可 提供測(cè)量角速度的可靠方法。最一般地應(yīng)用在振蕩角速度傳感器的操作原理是所謂的音叉(tuning fork)原理。在振蕩角速度傳感器中，某些已知的主運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生并保持在傳感 器中。另一方面，通過傳感器測(cè)量的所希望的運(yùn)動(dòng)，凈史檢測(cè)作為在 主運(yùn)動(dòng)中的偏差。在音叉原理中，主運(yùn)動(dòng)是兩個(gè)振動(dòng)線性諧振器的 反相振蕩。在垂直于諧振器運(yùn)動(dòng)方向的方向上影響傳感器的外部角速度， 在相反方向上感應(yīng)質(zhì)量(masses)上的科里奧利力(coriolis force)。與角 速度成正比的科里奧利力，可直接從質(zhì)量檢測(cè)到，或者使質(zhì)量連接 到相同的旋轉(zhuǎn)軸，并且然后檢測(cè)運(yùn)動(dòng)是在角速度軸線的方向上的角 度振蕩。對(duì)振動(dòng)和沖擊的抗性是角速度的傳感器要求的主要特征。特別 在某些高要求應(yīng)用中，類似地，例如，在汽車工業(yè)中的電子穩(wěn)定性 程序，這些要求是極其地嚴(yán)格。即使是強(qiáng)的沖擊，類似地，例如， 由石頭引起的外部沖擊，或者由小汽車音頻播放器引起的振動(dòng)，也 不應(yīng)該影響角速度傳感器的輸出。
在根據(jù)音叉原理的測(cè)量中，檢測(cè)運(yùn)動(dòng)是角度振蕩或差分線性振 蕩，并且這樣，任何外部線性加速度將不會(huì)連到在理想結(jié)構(gòu)中的檢 測(cè)諧振器。然而，不可避免地，由于在材料和支撐物中的振蕩，相 對(duì)于角速度傳感器的檢測(cè)軸線的角度加速度也將總是從沖擊和振蕩 產(chǎn)生。這樣，檢測(cè)諧振器的運(yùn)動(dòng)將不可避免地被干擾，并且，特別 當(dāng)干擾頻率接近傳感器的操作頻率時(shí)，這會(huì)引起在角速度傳感器的 輸出信號(hào)中的偏差。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的角速度傳感器也已發(fā)展，其中主運(yùn)動(dòng)和檢測(cè)運(yùn) 動(dòng)都是角度振蕩。
一項(xiàng)這樣的用于角速度傳感器的現(xiàn)有技術(shù)解決方案在例如美國(guó)專利號(hào)6349597中描述過。在該美國(guó)專利中描述的用 于角速度傳感器的解決方案中的主運(yùn)動(dòng)，是作為發(fā)生在晶片平面上 圍繞z軸線的角度振蕩來實(shí)現(xiàn)的。角速度檢測(cè)運(yùn)動(dòng)相應(yīng)地測(cè)量作為晶 片相對(duì)于z平面的傾斜。在目前的解決方案中，由角速度產(chǎn)生的力矩 除了與振蕩結(jié)構(gòu)的質(zhì)量成正比外，在角速度軸線的方向上與質(zhì)量塊 長(zhǎng)度的平方成正比。然而，以上描述的現(xiàn)有技術(shù)解決方案，如基于音叉原理的結(jié)構(gòu)， 對(duì)于外部的的機(jī)械干擾，幾乎展現(xiàn)出相同程度的敏感性。只有角度 振蕩的主運(yùn)動(dòng)，對(duì)于線性加速度是較少敏感的，但是無論如何，主 逸動(dòng)比檢測(cè)運(yùn)動(dòng)明顯地對(duì)于外部應(yīng)力是較少敏感的。由于對(duì)振蕩動(dòng)的敏感性，目前通常已知的角速度的微機(jī)械傳感 器的測(cè)量原理，不是最好的可能存在的原理。這樣，本發(fā)明的目的 就是提供用于角速度振蕩傳感器的結(jié)構(gòu)，與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的解決方 案相比較，其對(duì)于機(jī)械干擾的聯(lián)接是略微較少敏感的。.發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供這樣一種改進(jìn)的角速度振蕩傳感器，特別 在緊湊型振蕩角速度傳感器解決方案中，其能夠進(jìn)行可靠和有效的
測(cè)量，并且與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的解決方案相比較，其對(duì)于機(jī)械干擾的 聯(lián)接是相當(dāng)?shù)剌^少敏感的。
根據(jù)本發(fā)明，提供振蕩微機(jī)械角速度傳感器，其包括在支撐區(qū)域附接到傳感器部件主體上的兩個(gè)測(cè)震(seismic)質(zhì)量，以及位于質(zhì)量 之間的連接彈簧。使得-在角速度傳感器中，必須產(chǎn)生的主運(yùn)動(dòng)是圍繞支撐區(qū)域的兩 個(gè)測(cè)震質(zhì)量的反相角振蕩。-通過至少一個(gè)彎曲彈簧，測(cè)震質(zhì)量彼此相連，機(jī)械地同步于 它們的主運(yùn)動(dòng)，并且-通過彈簧，或者通過彈簧和剛性輔助結(jié)構(gòu)，測(cè)震質(zhì)量附接到 支撐區(qū)域，相對(duì)于與它們構(gòu)成的圓盤相垂直的旋轉(zhuǎn)軸線，并在圓盤 平面方向上相對(duì)于至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸線，給予質(zhì)量自由度。優(yōu)選地，角速度傳感器是相對(duì)于一個(gè)軸線測(cè)量角速度的角速度 傳感器，在該傳感器中，通過至少兩個(gè)附接點(diǎn)(spot),兩個(gè)測(cè)震質(zhì)量 附接到傳感器部件的主體上。此外，優(yōu)選地，彎曲彈簧基本上是比 其寬更高(higher than it is wide)。優(yōu)選地，角速度傳感器包括-用于主運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)彈簧，該彈簧相對(duì)于主運(yùn)動(dòng)具有撓性，并且-用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的扭轉(zhuǎn)彈簧，該彈簧相對(duì)于外部角速度傳入的 扭轉(zhuǎn)力矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)振蕩具有撓性。優(yōu)選地，通過位于質(zhì)量上方或下方的電極，電容性地檢測(cè)由外 部角速度產(chǎn)生的振蕩。此外，優(yōu)選地，電極生長(zhǎng)到到密閉(hermetically colsing)傳感器結(jié)構(gòu)的晶片內(nèi)表面。優(yōu)選地，角速度傳感器包括，基本上在相同方向延伸的第二彎 曲彈簧，其附接到與角速度傳感器的質(zhì)量連接的彈簧的中心。優(yōu)選地，通過附接點(diǎn)，并且另外通過安裝在中心處的附接點(diǎn)， 使質(zhì)量附接到主體。備選地，通過附接點(diǎn)，另外通過安裝在拐角或
在邊沿的附接點(diǎn)，使質(zhì)量附接到主體。此外，備選地，通過附接點(diǎn)， 使質(zhì)量附接到主體，該附接點(diǎn)通過設(shè)計(jì)的剛性輔助結(jié)構(gòu)在一側(cè)附接 到質(zhì)量。此外，備選地，通過附接點(diǎn)，使質(zhì)量附接到主體，該附接 點(diǎn)通過彈簧在一側(cè)附接到質(zhì)量。此外，備選地，通過安裝在端部中 心處的附接點(diǎn)，并且附加地，通過附接點(diǎn)(該附接點(diǎn)通過彈簧在一側(cè) 連到質(zhì)量)，使質(zhì)量附接到主體。優(yōu)選地，角速度傳感器包括張力減輕結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，角速度傳感器包括梳形結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，角速度傳感器包括;改射狀的梳形結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，角速度傳感器是相對(duì)于兩個(gè)軸線測(cè)量角速度的角速度 傳感器，在該傳感器中，兩個(gè)測(cè)震質(zhì)量在兩個(gè)附接點(diǎn)處附接到傳感 器部件的主體。優(yōu)選地，彎曲的彈簧基本上是比其寬更高。優(yōu)選地，角速度傳感器包括-用于主運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)彈簧，該彈簧相對(duì)于主運(yùn)動(dòng)具有撓性，-在第一方向上用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的扭轉(zhuǎn)彈簧，該彈簧相對(duì)于在第 一方向上的檢測(cè)運(yùn)動(dòng)具有撓性，并且-在第二方向上用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的扭轉(zhuǎn)彈簧，該彈簧相對(duì)于在第 二方向上的檢測(cè)運(yùn)動(dòng)具有撓性優(yōu)選地，通過位于質(zhì)量上方或下方的電極方式，電容性地檢測(cè) 由外部角速度產(chǎn)生的振蕩。此外，優(yōu)選地，電極生長(zhǎng)到密閉傳感器 結(jié)構(gòu)的晶片內(nèi)表面。優(yōu)選地，附接點(diǎn)以陽極方式接合到密閉傳感器結(jié)構(gòu)的晶片上。 備選地，附接點(diǎn)通過熔化節(jié)點(diǎn)的方式接合到密閉傳感器結(jié)構(gòu)的晶片 上。


以下，結(jié)合示例性的參考附圖，將詳細(xì)描述本發(fā)明及其優(yōu)選實(shí) 施例，其中 圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的才展蕩角速度傳感器的可移動(dòng)質(zhì)量的結(jié) 構(gòu)透視描述。圖2顯示了在主運(yùn)動(dòng)中根^^居本發(fā)明的振蕩角速度傳感器的可移 動(dòng)質(zhì)量。移動(dòng)質(zhì)量。圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的振蕩角速度傳感器的可移動(dòng)質(zhì)量的備 選結(jié)構(gòu)。圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的振蕩角速度傳感器的可移動(dòng)質(zhì)量的第 二備選結(jié)構(gòu)。圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明的4^蕩角速度傳感器的可移動(dòng)質(zhì)量的第 三備選結(jié)構(gòu)。圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的振蕩角速度傳感器的可移動(dòng)質(zhì)量的第 四備選結(jié)構(gòu)。圖8顯示了在主運(yùn)動(dòng)中，根據(jù)本發(fā)明的第五備選振蕩角速度傳 感器的可移動(dòng)質(zhì)量。圖9顯示了在檢測(cè)運(yùn)動(dòng)中，根據(jù)本發(fā)明的第五備選振蕩角速度 傳感器的可移動(dòng)質(zhì)量。圖10顯示了根據(jù)本發(fā)明的具有雙軸線的裱蕩角速度傳感器的可 移動(dòng)質(zhì)量的結(jié)構(gòu)透4見描述圖11顯示了在相對(duì)于Y軸線的角速度產(chǎn)生的檢測(cè)運(yùn)動(dòng)中，根據(jù) 本發(fā)明的具有雙軸線的振蕩角速度傳感器的可移動(dòng)質(zhì)量。圖12顯示了在相對(duì)于X軸線的角速度產(chǎn)生的檢測(cè)運(yùn)動(dòng)中，根據(jù) 本發(fā)明的具有雙軸線的振蕩角速度傳感器的可移動(dòng)質(zhì)量。
具體實(shí)施方式
在根據(jù)本發(fā)明的角速度傳感器中，必須產(chǎn)生的主運(yùn)動(dòng)是至少兩 個(gè)可移動(dòng)的測(cè)震質(zhì)量在相反方向圍繞支撐區(qū)域(其將質(zhì)量附接到傳感
器部件的主體)的角度振蕩。對(duì)于每一質(zhì)量有至少一個(gè)支撐區(qū)域，并 且通過彈簧的方式或通過彈簧和剛性輔助結(jié)構(gòu)的方式，使它們連接 到周圍的質(zhì)量，給予質(zhì)量相對(duì)于垂直于晶片平面的旋轉(zhuǎn)軸線，并相 對(duì)于在如晶片平面相同方向上的至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸線的自由度。通過 至少一個(gè)彎曲彈簧的方式，使質(zhì)量彼此連接，其機(jī)械地同步于它們的主運(yùn)動(dòng)。本技術(shù)領(lǐng)域已知的結(jié)構(gòu)能夠用來產(chǎn)生該運(yùn)動(dòng)。圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的^^蕩角速度傳感器的可移動(dòng)質(zhì)量的結(jié) 構(gòu)透視描述。根據(jù)本發(fā)明的角速度傳感器包括在兩個(gè)附接點(diǎn)3， 4附接到傳感器部件主體的兩個(gè)測(cè)震質(zhì)量1， 2 。在質(zhì)量1, 2中心處的 附接點(diǎn)3， 4能夠通過例如陽極方式或通過熔化節(jié)點(diǎn)的方式接合到部件的主體。根據(jù)本發(fā)明的振蕩角速度傳感器進(jìn)一步包括用于主運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)彈簧5， 6 ，用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的扭轉(zhuǎn)彈簧7-10，以及將測(cè)震質(zhì)量l， 2 彼此連接的彎曲彈簧11。圖2顯示了在主運(yùn)動(dòng)中，i^艮據(jù)本發(fā)明的振蕩角速度傳感器的可 移動(dòng)質(zhì)量。啟動(dòng)根據(jù)本發(fā)明的角速度傳感器進(jìn)入主運(yùn)動(dòng)，使得產(chǎn)生 的主運(yùn)動(dòng)是兩個(gè)測(cè)震質(zhì)量1, 2圍繞將質(zhì)量1， 2附接到傳感器部件 主體的附接點(diǎn)3， 4的反相角度振蕩。中心定位的連接諧振器的長(zhǎng)彈簧11，將質(zhì)量l， 2的運(yùn)動(dòng)同步于 相對(duì)彼此的反相(運(yùn)動(dòng))。此外，基本上比寬度更高的連接彈簧11，在 Y軸線方向上阻止附接點(diǎn)3， 4周圍框架的扭轉(zhuǎn)模式，并且這樣，框 架基本上僅在Z軸線方向有自由度。通過在X軸線方向延伸的兩個(gè)扭轉(zhuǎn)彈簧7-10的方式，使根據(jù) 本發(fā)明的振蕩角速度傳感器的兩個(gè)質(zhì)量1, 2，都附接到附接點(diǎn)3, 4 周圍的框架上。這樣，測(cè)震質(zhì)量1, 2具有兩個(gè)自由度，相對(duì)于Z軸 線的一個(gè)自由度，和相對(duì)于X軸線的另一自由度，使得該部件的操 作能夠作為角速度傳感器。
圖3顯示了在檢測(cè)運(yùn)動(dòng)中，根據(jù)本發(fā)明的振蕩角速度傳感器的 可移動(dòng)質(zhì)量。在根據(jù)本發(fā)明的才展蕩角速度傳感器中，相對(duì)于Y軸線的外部角速度連接質(zhì)量1， 2的在Z軸線方向上的反向主運(yùn)動(dòng)進(jìn)入圍 繞X軸線的反相直接扭轉(zhuǎn)力矩。該扭轉(zhuǎn)力矩在X軸線方向上圍繞質(zhì) 量的1, 2質(zhì)量的檢測(cè)軸線，產(chǎn)生如主運(yùn)動(dòng)的相同頻率的反相扭轉(zhuǎn)振 蕩。在根據(jù)本發(fā)明的角速度傳感器中，用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的扭轉(zhuǎn)彈簧7-10 相對(duì)于扭轉(zhuǎn)振蕩具有撓性。在根據(jù)本發(fā)明的振蕩角速度傳感器中，由外部角速度產(chǎn)生的振 蕩幅度是直接與角速度成正比，并且它能夠通過例如定位在質(zhì)量1, 2上方或下方電才及以電容方式4企測(cè)到，該電才及例如可以生長(zhǎng)到密閉傳 感器結(jié)構(gòu)晶片的內(nèi)表面上。圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的振蕩角速度傳感器的可移動(dòng)質(zhì)量的備 選結(jié)構(gòu)。在根據(jù)本發(fā)明的備選振蕩角速度傳感器中，通過附加的彎 曲彈簧，連接彈簧的任何扭動(dòng)在其中心處被減少。由于外部干擾產(chǎn) 生的質(zhì)量的普通模式運(yùn)動(dòng)，基本上沒有主模式或檢測(cè)模式的剛性， 在連接彈簧的扭轉(zhuǎn)剛性方面的逸種增加，使得該結(jié)構(gòu)更為剛硬。在根椐本發(fā)明的備選振蕩角速度傳感器中，通過附接點(diǎn)3， 4， 并且附加地，通過定位在中心處的附接點(diǎn)12， 13，使質(zhì)量l， 2附接 到主體。通過例如陽極方式或通過熔化節(jié)點(diǎn)方式，附*接點(diǎn)12, 13可 以接合到部件的主體。圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的振蕩角速度傳感器的可移動(dòng)質(zhì)量的第 二備選結(jié)構(gòu)。在根據(jù)本發(fā)明的第二備選振蕩角速度傳感器中，通過 從連接彈簧中心延伸到拐角的附加的彎曲彈簧，減少了連接彈簧的 任何扭動(dòng)。由于外部干擾產(chǎn)生的質(zhì)量的普通模式運(yùn)動(dòng)，基本上沒有 主模式或檢測(cè)模式的剛性，在連接彈簧的扭轉(zhuǎn)剛性方面的這種增加， 使得該結(jié)構(gòu)更為剛硬。在根據(jù)本發(fā)明的第二備選振蕩角速度傳感器中，通過附接點(diǎn)3, 4，并且附加地，通過定位在拐角處的附接點(diǎn)14-17,使質(zhì)量1, 2附
接到主體。在邊沿區(qū)域，附接點(diǎn)14-17可以直接地整合到主體內(nèi)，或 者例如通過陽極方式或通過熔化節(jié)點(diǎn)方式，它們可以接合到部件的 主體。圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明的振蕩角速度傳感器的可移動(dòng)質(zhì)量的第三備選結(jié)構(gòu)。在根據(jù)本發(fā)明的第三備選振蕩角速度傳感器中，通過附接點(diǎn)18， 19，使質(zhì)量1, 2附接到主體，附接點(diǎn)18， 19通過彈簧 的方式，在一側(cè)附接到質(zhì)量1, 2。通過例如陽極方式或通過熔化節(jié) 點(diǎn)方式，附接點(diǎn)18， 19可以接合到部件的主體。由于彈簧尺寸設(shè)計(jì)，根據(jù)本發(fā)明的振蕩角速度傳感器的可移動(dòng) 電極的第三備選結(jié)構(gòu)略微更加復(fù)雜，并且由于相同的彈簧參與到主 模式和檢測(cè)模式，它也增加了模式之間的耦接。另一方面，以上描 述的第三備選結(jié)構(gòu)具有更有效的空間利用和更大簡(jiǎn)化的優(yōu)勢(shì)。圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的振蕩角速度傳感器的可移動(dòng)質(zhì)量的第 四備選結(jié)構(gòu)。在根據(jù)本發(fā)明的第四備選振蕩角速度傳感器中，通過 附接點(diǎn)20, 21，并且附加地，通過定位在端部的中心處的附接點(diǎn)24， 25,使質(zhì)量1， 2附接到主體。附接點(diǎn)20， 21通過彈簧22， 23，在 一側(cè)附接到質(zhì)量1， 2。通過例如陽極(方式或通過熔化節(jié)點(diǎn)方式，附 接點(diǎn)20， 21， 24， 25可以接合到部件的主體。在根據(jù)本發(fā)明的第四 備選振蕩角速度傳感器中，有用來減少彈簧中的非線性特征的進(jìn)一 步的張力減輕結(jié)構(gòu)26， 27， 以及用于主運(yùn)動(dòng)的保持或檢測(cè)、靜電產(chǎn) 生的梳結(jié)構(gòu)28， 29。圖8顯示了在主運(yùn)動(dòng)中，根據(jù)本發(fā)明的第五備選振蕩角速度傳 感器的可移動(dòng)質(zhì)量。在根據(jù)本發(fā)明的第五備選振蕩角速度傳感器中， 通過附接點(diǎn)30, 31,使質(zhì)量1， 2附接到主體，該附接點(diǎn)30, 31通 過剛性輔助結(jié)構(gòu)32, 33在一側(cè)附接到質(zhì)量1， 2。通過例如陽極方式 或通過熔化節(jié)點(diǎn)方式，附接點(diǎn)30, 31可以接合到部件的主體。在根 據(jù)本發(fā)明的第五備選振蕩角速度傳感器中，有附加地放射狀的梳結(jié) 構(gòu)34， 35,以及將測(cè)震質(zhì)量l， 2彼此連接的彎曲彈簧11 。
圖9顯示了在檢測(cè)運(yùn)動(dòng)中，根據(jù)本發(fā)明的第五備選振蕩角速度 傳感器的可移動(dòng)質(zhì)量。除了以上描述的結(jié)構(gòu)，有為質(zhì)量創(chuàng)造兩個(gè)自由度(要求該自由度 用于測(cè)量根據(jù)本發(fā)明的角速度)的許多其它方法。圖10顯示了根據(jù)本發(fā)明的具有雙軸線的振蕩角速度傳感器的可 移動(dòng)質(zhì)量的結(jié)構(gòu)透視描述。根據(jù)本發(fā)明相對(duì)于兩個(gè)軸線測(cè)量角速度的角速度傳感器，包括通過兩個(gè)附接點(diǎn)38, 39附接到傳感器部件主 體的兩個(gè)測(cè)震質(zhì)量36， 37。根據(jù)本發(fā)明具有雙軸線的振蕩角速度傳 感器進(jìn)一步包括用于主運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)彈簧40， 41,在第一方向用于檢 測(cè)運(yùn)動(dòng)的扭轉(zhuǎn)彈簧42-45,在第二方向用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的扭轉(zhuǎn)彈簧46 -49,以及將測(cè)震質(zhì)量36, 37《皮此連沖妄的彎曲彈簧50。中心定位的連接諧振器36， 37的長(zhǎng)彈簧50將質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)同步 到相互反相的運(yùn)動(dòng)。另夕卜，基本上比寬更高的連接彈簧50阻止在附 接點(diǎn)38， 39周圍框架的Y軸線方向上的扭轉(zhuǎn)模式，由此框架基本上 在Z軸線方向上有自由度。與前面描述的具有一個(gè)軸線的結(jié)構(gòu)比較，根據(jù)本發(fā)明具有雙軸 線振蕩角速度傳感器的結(jié)構(gòu)包括附加的剛性輔助結(jié)構(gòu)，通過在Y軸 線方向延伸的扭轉(zhuǎn)彈簧對(duì)46-49的方式，其被彈簧懸吊到質(zhì)量36， 37。根據(jù)本發(fā)明具有雙軸線角速度傳感器的結(jié)構(gòu)給測(cè)震質(zhì)量36, 37 垂直于主運(yùn)動(dòng)的第二自由度，通過應(yīng)用相同的主運(yùn)動(dòng)，使傳感器能 夠操作成為具有雙軸線的角速度傳感器。圖11顯示了在由相對(duì)于Y軸線的角速度產(chǎn)生的檢測(cè)運(yùn)動(dòng)中，根 據(jù)本發(fā)明具有雙軸線振蕩角速度傳感器的可移動(dòng)質(zhì)量。在根據(jù)本發(fā) 明具有雙軸線振蕩角速度傳感器中，將凈皮測(cè)量的相對(duì)于Y軸線的外 部角速度，把相對(duì)于Z軸線的質(zhì)量36, 37的反相主運(yùn)動(dòng)耦接到相對(duì) 于X軸線的反相扭轉(zhuǎn)力矩中。該扭轉(zhuǎn)力矩產(chǎn)生質(zhì)量36, 37的圍繞平 行于X軸線的檢測(cè)軸線的反相扭轉(zhuǎn)振蕩。在根據(jù)本發(fā)明具有雙軸線
角速度傳感器中，用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的扭轉(zhuǎn)彈簧42-45相對(duì)于扭轉(zhuǎn)振蕩具有撓性。圖12顯示了在由相對(duì)于X軸線的角速度產(chǎn)生的檢測(cè)運(yùn)動(dòng)中，根 據(jù)本發(fā)明具有雙軸線振蕩角速度傳感器的可移動(dòng)質(zhì)量。在根據(jù)本發(fā) 明具有雙軸線振蕩角速度傳感器中，待測(cè)量的項(xiàng)目(item)角速度相對(duì) 于X軸線把在質(zhì)量36, 37的Z軸線方向上的反相主運(yùn)動(dòng)耦接到相對(duì) 于Y軸線的反相扭轉(zhuǎn)力矩中。該扭轉(zhuǎn)力矩產(chǎn)生圍繞平行于Y軸線質(zhì) 量36， 37的檢測(cè)軸線的如主運(yùn)動(dòng)相同頻率的質(zhì)量的反相扭轉(zhuǎn)振蕩。 在根據(jù)本發(fā)明具有雙軸線角速度傳感器中，用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的扭轉(zhuǎn)彈 簧46 - 49相對(duì)于扭轉(zhuǎn)振蕩具有撓性。在根據(jù)本發(fā)明具有雙軸線振蕩角速度傳感器中，由外部角速度 產(chǎn)生的振蕩直接與角速度成正比，并且它能夠通過例如位于質(zhì)量36， 37上方或下方的電極以電容方式檢測(cè)到，該電極例如可以生長(zhǎng)到密 閉傳感器結(jié)構(gòu)的晶片內(nèi)表面上。除了示例性結(jié)構(gòu)，在本發(fā)明范圍內(nèi)，能夠提出具有雙軸線的角 速度傳感器的多種變化。與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的傳感器結(jié)構(gòu)比較，根據(jù)本發(fā)明的振蕩角速度 傳感器的最重要的優(yōu)點(diǎn)是在角速度信號(hào)中對(duì)來源于傳感器周圍的振 動(dòng)和沖擊的本質(zhì)性改進(jìn)的抗性。在根據(jù)本發(fā)明的角速度傳感器中， 角速度相對(duì)于普通檢測(cè)軸線在質(zhì)量中產(chǎn)生反相運(yùn)動(dòng)，其通過用于質(zhì) 量的差分4企測(cè)電賴4支檢測(cè)到。在根據(jù)本發(fā)明具有雙軸線振蕩角速度傳感器中，由外部角度加 速度和質(zhì)量的任何質(zhì)量非對(duì)稱產(chǎn)生的線性加速度，對(duì)質(zhì)量產(chǎn)生同相 (equal phase)力矩。由同相運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的信號(hào)將在差分^r測(cè)中^l皮消除， 并且因此，外部機(jī)械干擾僅在完全過載的情況下能夠影響輸出。由于認(rèn)真考慮運(yùn)動(dòng)的方向，根據(jù)本發(fā)明的振蕩角速度傳感器也 能夠產(chǎn)生極其高的信號(hào)電平。通過例如定位在質(zhì)量上方或下方的巨 大電極，能夠有效地利用由測(cè)震質(zhì)量的長(zhǎng)度帶來的巨大的慣性力矩。
根據(jù)本發(fā)明的振蕩角速度傳感器結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)也是彈簧中多種模 式變形的特殊性，特別地在有框架類型的結(jié)構(gòu)中，該彈簧基本決定 了運(yùn)動(dòng)才莫式的頻率和方向。
權(quán)利要求
1.一種振蕩微機(jī)械角速度傳感器，其特征在于它包括在支撐區(qū)域附接到傳感器部件主體的兩個(gè)測(cè)震質(zhì)量(1)，(2)，(36)，(37)，以及在質(zhì)量(1)，(2)，(36)，(37)之間的連接彈簧，使得--角速度傳感器主運(yùn)動(dòng)是圍繞支撐區(qū)域的兩個(gè)測(cè)震質(zhì)量(1)，(2)，(36)，(37)的反相角度振蕩，所述運(yùn)動(dòng)是必須被產(chǎn)生的，--通過至少一個(gè)彎曲彈簧(11)，(50)，使所述測(cè)震質(zhì)量(1)，(2)，(36)，(37)彼此連接，其機(jī)械地同步于它們的主運(yùn)動(dòng)，并且--通過彈簧或者通過彈簧和剛性輔助結(jié)構(gòu)，將測(cè)震質(zhì)量(1)，(2)，(36)，(37)連接到支撐區(qū)域，相對(duì)于與由質(zhì)量形成的晶片平面相垂直的旋轉(zhuǎn)軸線，并相對(duì)于在所述晶片平面方向上的至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸線，其給予所述質(zhì)量(1)，(2)，(36)，(37)自由度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的角速度傳感器，其特征在于所述角速 度傳感器是相對(duì)于一個(gè)軸線測(cè)量角速度的角速度傳感器，所述傳感 器具有在至少兩個(gè)附接點(diǎn)(3),(4)處附接到傳感器部件主體的兩個(gè)測(cè)震 質(zhì)量(1),(2)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的角速度傳感器，其特征在于彎曲彈簧(II) 基本上比其寬更高。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的角速度傳感器，其特征在于所述 角速度傳感器包括-用于主運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)彈簧(5),(6)，該彈簧相對(duì)于主運(yùn)動(dòng)具有撓性，并且-用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的扭轉(zhuǎn)彈簧(7)-(10)，該彈簧相對(duì)于由外部角速度 生成的扭轉(zhuǎn)力矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)振蕩具有撓性。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2, 3或4所述的角速度傳感器，其特征在于 通過位于質(zhì)量(1),(2)上方或下方的電極，由外部角速度產(chǎn)生的振蕩以 電容方式^r測(cè)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的角速度傳感器，其特征在于電極生長(zhǎng) 到密閉傳感器結(jié)構(gòu)的晶片內(nèi)表面上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2-6中任一項(xiàng)所述的角速度傳感器，其特征在于 所述角速度傳感器包括第二彎曲彈簧，其基本上與連接角速度傳感 器的質(zhì)量的彈簧(ll)在相同方向上延伸，并且附接到所述彈簧(ll)的 中心。
8. 根據(jù)前面權(quán)利要求2-7中任一項(xiàng)所述的角速度傳感器，其特征 在于通過附接點(diǎn)(3),(4),并且附加地通過在中心處安裝的附接點(diǎn) (12),(13)，將所述質(zhì)量(l),(2)附接到所述主體。
9. 根據(jù)前面權(quán)利要求2-7中任一項(xiàng)所述的角速度傳感器，其特征 在于通過附接點(diǎn)(3),(4)，并且附加地通過在拐角或在邊沿處安裝的 附接點(diǎn)(14)-(17)，將所述質(zhì)量(1),(2)附接到主體。
10. 根據(jù)前面權(quán)利要求2-7中任一項(xiàng)所述的角速度傳感器，其特 征在于通過附接點(diǎn)(18),(19)，使所述質(zhì)量(1),(2)附接到主體，該附 接點(diǎn)(18),(19)通過設(shè)計(jì)的剛性輔助結(jié)構(gòu)，在 一側(cè)附接到所述質(zhì)量(1),(2)。
11. 根據(jù)前面權(quán)利要求2-7中任一項(xiàng)所述的角速度傳感器，其特 征在于通過附接點(diǎn)(18),(19)使所述質(zhì)量(1),(2)附接到主體，該附接 點(diǎn)(18),(19)通過彈簧在一側(cè)附接到所述質(zhì)量(1),(2)。
12. 根據(jù)前面權(quán)利要求2-7中任一項(xiàng)所述的角速度傳感器，其特 征在于通過安裝在端部中心處的附接點(diǎn)(24),(25)，并且附加地，通 過附接點(diǎn)(20),(21)，使所述質(zhì)量(1),(2)附接到主體，所述附接點(diǎn)(20),(21) 通過彈簧(22),(2"在一側(cè)附接到質(zhì)量(1),(2)。
13. 根據(jù)前面權(quán)利要求2-12中任一項(xiàng)所述的角速度傳感器，其特 征在于所述角速度傳感器包括張力減輕結(jié)構(gòu)(26),(27)。
14. 根據(jù)前面權(quán)利要求2-13中任一項(xiàng)所述的角速度傳感器，其特 征在于所述角速度傳感器包括梳形結(jié)構(gòu)(28),(29)。
15. 根據(jù)前面權(quán)利要求2-14中任一項(xiàng)所述的角速度傳感器，其特征在于所述角速度傳感器包括-放射狀梳形結(jié)構(gòu)(34),(35)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的角速度傳感器，其特征在于所述角 速度傳感器是測(cè)量相對(duì)于兩個(gè)軸線的角速度的角速度傳感器，所述 傳感器包括通過兩個(gè)附接點(diǎn)(38),(39)附接到傳感器部件主體的兩個(gè)質(zhì) 量(36),(37)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的角速度傳感器，其特征在于所述彎 曲彈簧(50)是基本上比其寬更高。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的角速度傳感器，其特征在于 所述角速度傳感器包括-用于主運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)彈簧(40),(41),所述彈簧相對(duì)于主運(yùn)動(dòng)具有 撓性，-用于在第 一 方向上的檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的扭轉(zhuǎn)彈簧(42)-(45),該彈簧相 對(duì)于在第一方向上的^r測(cè)運(yùn)動(dòng)具有撓性，并且-用于在第二方向上的檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的扭轉(zhuǎn)彈簧(46)-(49),該彈簧相 對(duì)于在第二方向上的檢測(cè)運(yùn)動(dòng)具有撓性。
19. 根據(jù)前面權(quán)利要求16-18中任一項(xiàng)所述的角速度傳感器，其 特征在于通過位于所述質(zhì)量(36),(37)上方或下方的電極，以電容方 式才企測(cè)由外部角速度導(dǎo)致的振蕩。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的角速度傳感器，其特征在于所述電 極生長(zhǎng)到密閉傳感器結(jié)構(gòu)的晶片內(nèi)表面上。
21. 根據(jù)前面權(quán)利要求2-20中任一項(xiàng)所述的角速度傳感器，其特 征在于所述附接點(diǎn)(3)，(4),(14)-(19),(20),(21),(24)，(25),(30),(31)以陽 極方式接合到密閉傳感器結(jié)構(gòu)的晶片上。
22. 根據(jù)前面權(quán)利要求2-20中任一項(xiàng)所述的角速度傳感器，其特 征在于所述附接點(diǎn)(3)，(4),(14)-(19),(20)，(21),(24)，(25),(30),(31)以熔 化節(jié)點(diǎn)的方式接合到密閉傳感器結(jié)構(gòu)的晶片上。
全文摘要
本發(fā)明涉及在測(cè)量角速度中使用的測(cè)量裝置，并且更具體地，涉及振蕩微機(jī)械角速度傳感器。在根據(jù)本發(fā)明的角速度傳感器中，通過彈簧，或者通過彈簧及剛性輔助結(jié)構(gòu)，使測(cè)震質(zhì)量(1，2，36，37)附接到支撐區(qū)域，其給予質(zhì)量(1，2，36，37)相對(duì)于垂直于由質(zhì)量構(gòu)成的晶片平面的旋轉(zhuǎn)軸線，并相對(duì)于平行于晶片平面的至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸線的自由度。根據(jù)本發(fā)明的角速度傳感器的結(jié)構(gòu)，特別在緊湊型振蕩微機(jī)械角速度傳感器中，其能夠進(jìn)行可靠和有效的測(cè)量。
文檔編號(hào)G01C19/56GK101120232SQ200580044879
公開日2008年2月6日 申請(qǐng)日期2005年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月31日
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