轉(zhuǎn)速傳感器的制造方法
【專利摘要】提出一種轉(zhuǎn)速傳感器，其中轉(zhuǎn)速傳感器的第一科里奧利質(zhì)量具有第一和第二分區(qū)，轉(zhuǎn)速傳感器的第二科里奧利質(zhì)量具有第三和第四分區(qū)，在第一分區(qū)對面設(shè)置與其構(gòu)成第一電容的第一電極，在第二分區(qū)對面設(shè)置與其構(gòu)成第二電容的第二電極，在第三分區(qū)對面設(shè)置與其構(gòu)成第三電容的第三電極，在第四分區(qū)對面設(shè)置與其構(gòu)成第四電容的第四電極，第一和第二科里奧利質(zhì)量在襯底或驅(qū)動(dòng)裝置上的連接和各電極的布置和構(gòu)造使得在圍繞第一方向的旋轉(zhuǎn)加速度下通過各分區(qū)的與探測方向平行的偏轉(zhuǎn)或?qū)Ω鞣謪^(qū)的與探測方向平行的力作用引起的第一和第三電容以及第二和第四電容的變化或者第一和第二電容以及第三和第四電容的變化相互補(bǔ)償。
【專利說明】轉(zhuǎn)速傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明從根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分所述的轉(zhuǎn)速傳感器出發(fā)。
【背景技術(shù)】
[0002]由現(xiàn)有技術(shù)已知了轉(zhuǎn)速傳感器。例如由出版文獻(xiàn)W003064975A1公開了一種具有兩個(gè)振動(dòng)質(zhì)量元件的轉(zhuǎn)速傳感器。用于測量圍繞與傳感器的襯底的主延伸平面平行的方向的轉(zhuǎn)速的微機(jī)械轉(zhuǎn)速傳感器通常借助平面振動(dòng)的質(zhì)量實(shí)現(xiàn)或作為在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的質(zhì)量實(shí)現(xiàn)，其在出現(xiàn)圍繞與主延伸平面平行的方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的情況下在探測方向上——即與主延伸平面垂直地經(jīng)受科里奧利力。所述科里奧利力在此或者通過位置反向調(diào)節(jié)所需的靜電反作用力(閉環(huán)調(diào)節(jié))求得或者例如通過由至襯底的距離變化引起的電容變化來測量(開環(huán)運(yùn)行)。典型地，這種已知的轉(zhuǎn)速傳感器具有兩個(gè)能夠振動(dòng)的質(zhì)量(分振動(dòng)器)，其被驅(qū)動(dòng)成反平行模式。在存在轉(zhuǎn)速的情況下通過科里奧利力激勵(lì)反平行的探測振動(dòng)，電容式地檢測所述探測振動(dòng)并且借助分析處理電子電路將其換算成轉(zhuǎn)速?，F(xiàn)有技術(shù)是，分振動(dòng)器由驅(qū)動(dòng)振動(dòng)器和科里奧利振動(dòng)器構(gòu)造。驅(qū)動(dòng)振動(dòng)器僅僅參與驅(qū)動(dòng)振動(dòng)而不參與探測振動(dòng)?？评飱W利振動(dòng)器不僅參與驅(qū)動(dòng)振動(dòng)而且參與探測振動(dòng)。除科里奧利力以外，對于實(shí)際相關(guān)的使用情況存在其他的力，傳感器或傳感器的部件經(jīng)受所述其他的力并且所述其他的力同樣可以引起信號或者可以使分配給科里奧利力的信號失真，尤其是由線性加速度和由旋轉(zhuǎn)加速度引起的慣性力。這些力的出現(xiàn)不利地導(dǎo)致運(yùn)行中的誤差信號，因?yàn)槔鐕@靈敏軸的轉(zhuǎn)動(dòng)振動(dòng)形式的旋轉(zhuǎn)加速度直接導(dǎo)致轉(zhuǎn)速信號。尤其當(dāng)以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速傳感器的頻率與科里奧利力同相地進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)振動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致特別大的可干擾性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]因此，本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種轉(zhuǎn)速傳感器和一種用于運(yùn)行轉(zhuǎn)速傳感器的方法，其不具有現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)并且不僅對與探測方向平行的線性加速度而且對根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器的靈敏方向的旋轉(zhuǎn)加速度不靈敏。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的轉(zhuǎn)速傳感器相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):其對關(guān)于圍繞與第一方向相應(yīng)的方向(即與轉(zhuǎn)速傳感器的靈敏方向或者測量方向相應(yīng)的那個(gè)方向)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)加速度形式的和與轉(zhuǎn)速傳感器的探測方向平行的線性加速度形式的干擾加速度不靈敏，或者這種干擾加速度的影響與實(shí)際上待探測的、圍繞相應(yīng)方向的轉(zhuǎn)速的影響可能不同。根據(jù)本發(fā)明，科里奧利質(zhì)量被如此構(gòu)造或連接(在襯底上或驅(qū)動(dòng)裝置上)并且第一、第二、第三和第四電極被如此構(gòu)造，使得在圍繞靈敏方向、即圍繞第一方向的轉(zhuǎn)速加速度的情況下通過科里奧利質(zhì)量的第一、第二、第三和第四分區(qū)的偏轉(zhuǎn)或?qū)评飱W利質(zhì)量的第一、第二、第三和第四分區(qū)的力作用在與探測方向平行的方向上引起的
[0005]-或者第一和第二電容的變化以及第二和第四電容的變化
[0006]-或者第一和第二電容的變化以及第三和第四電容的變化
[0007]相互補(bǔ)償。由此可以以有利的方式通過轉(zhuǎn)速傳感器(以科里奧利質(zhì)量在襯底上或在驅(qū)動(dòng)裝置上懸掛或連接的形式和以第一、第二、第三和第四電極的構(gòu)造的形式)的機(jī)械構(gòu)造并且通過轉(zhuǎn)速傳感器(以在第一、第二、第三和第四分區(qū)的偏轉(zhuǎn)或?qū)Φ谝弧⒌诙?、第三和第四分區(qū)的力作用的情況下第一、第二、第三和第四電容的電容變化的最終得到的測量信號的形式)引起:旋轉(zhuǎn)加速度甚至對待分析處理的測量信號沒有影響或者僅僅以很受抑制的形式影響所述測量信號。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，轉(zhuǎn)速傳感器如此構(gòu)造，使得探測到圍繞與襯底的主延伸平面平行地延伸的第一方向的轉(zhuǎn)速(也就是說，在感器或感器的情況下，因此在其敏感方向是圍繞與主延伸平面平行地延伸的第一方向的轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速傳感器的情況下)。在這種情況下，驅(qū)動(dòng)裝置如此設(shè)置，使得其與垂直于第一方向延伸的驅(qū)動(dòng)方向平行地驅(qū)動(dòng)第一科里奧利質(zhì)量和第二科里奧利質(zhì)量，其中所述驅(qū)動(dòng)方向同樣與主延伸平面平行地延伸。然后，探測方向與主延伸平面垂直地延伸。
[0009]本發(fā)明的構(gòu)型和擴(kuò)展方案由從屬權(quán)利要求以及參考附圖的描述得出。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選擴(kuò)展方案規(guī)定，驅(qū)動(dòng)裝置具有第一驅(qū)動(dòng)元件和第二驅(qū)動(dòng)元件，其中所述第一驅(qū)動(dòng)元件與驅(qū)動(dòng)方向平行地驅(qū)動(dòng)第一科里奧利質(zhì)量，其中第二驅(qū)動(dòng)元件與驅(qū)動(dòng)方向平行地驅(qū)動(dòng)第二科里奧利質(zhì)量，其中第一科里奧利質(zhì)量配置成相對于第一驅(qū)動(dòng)元件圍繞與第一方向平行的第一傾覆軸可傾覆，其中第二科里奧利質(zhì)量相對于第二驅(qū)動(dòng)元件圍繞與第一方向平行的第二傾覆軸可傾覆。由此有利地可能的是，特別好地補(bǔ)償進(jìn)行干擾的旋轉(zhuǎn)加速度、尤其是具有驅(qū)動(dòng)振動(dòng)的頻率范圍內(nèi)的頻率分量的旋轉(zhuǎn)加速度的影響并且因此使其與相應(yīng)的轉(zhuǎn)速相區(qū)分。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選擴(kuò)展方案規(guī)定，
[0012]-對于與第一科里奧利質(zhì)量的主延伸平面平行的每面積單元，第一分區(qū)和第二分區(qū)具有不同的質(zhì)量，并且對于與第二科里奧利質(zhì)量的主延伸平面平行的每面積單元，第三分區(qū)和第四分區(qū)具有不同的質(zhì)量，或者
[0013]-第一科里奧利質(zhì)量的與主延伸平面平行的每面積單元的質(zhì)量隨著距轉(zhuǎn)速傳感器的平行于第一方向延伸的對稱軸的距離的增加而下降(尤其是與距對稱軸的距離的平方成反比)，并且第二科里奧利質(zhì)量的與主延伸平面平行的每面積單元的質(zhì)量隨著距轉(zhuǎn)速傳感器的平行于第一方向延伸的對稱軸的距離的增加而下降。由此根據(jù)本發(fā)明有利地可能的是，對于一方面是旋轉(zhuǎn)加速度而另一方面是轉(zhuǎn)速的情況引起不同的運(yùn)動(dòng)行為或不同的偏轉(zhuǎn)或?qū)Φ谝缓偷诙评飱W利質(zhì)量的第一和第三分區(qū)或?qū)Φ诙偷谒姆謪^(qū)的不同的力作用，從而在與第一、第二、第三和第四電極的電極布置的實(shí)施的相互作用中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)加速度的影響(在測量信號中)的抑制和補(bǔ)償。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選擴(kuò)展方案規(guī)定，
[0015]-在圍繞第一方向的旋轉(zhuǎn)加速度的情況下，第一分區(qū)和第三分區(qū)的(與探測方向平行的)偏轉(zhuǎn)或力作用比第二分區(qū)和第四分區(qū)的(與探測方向平行的)偏轉(zhuǎn)或力作用更大，并且與第一電極和第三電極的主延伸平面平行的面比與第二電極和第四電極的主延伸平面平行的面更小，或者
[0016]-在圍繞第一方向的旋轉(zhuǎn)加速度的情況下，第一分區(qū)、第二分區(qū)、第三分區(qū)和第四分區(qū)的(與探測方向平行的)偏轉(zhuǎn)或力作用大小相同，并且與第一電極、第二電極、第三電極和第四電極的主延伸平面平行的面大小相同。[0017]由此，根據(jù)本發(fā)明以有利的方式可能的是，在測量信號中補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)加速度的影響。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選擴(kuò)展方案規(guī)定，第一科里奧利質(zhì)量與第一驅(qū)動(dòng)元件借助第一扭轉(zhuǎn)懸掛裝置在第一傾覆軸的區(qū)域中連接，并且第二科里奧利質(zhì)量與第二驅(qū)動(dòng)元件借助第二扭轉(zhuǎn)懸掛裝置在第二傾覆軸的區(qū)域中連接。由此，根據(jù)本發(fā)明有利地可能的是，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速傳感器的特別簡單但穩(wěn)健的機(jī)械結(jié)構(gòu)。
[0019]根據(jù)另一優(yōu)選擴(kuò)展方案規(guī)定，
[0020]-驅(qū)動(dòng)裝置被配置用于在驅(qū)動(dòng)方向上分別彼此反向地驅(qū)動(dòng)第一科里奧利質(zhì)量和第二科里奧利質(zhì)量，或者
[0021]-驅(qū)動(dòng)裝置具有驅(qū)動(dòng)框架，其中驅(qū)動(dòng)框架具有四個(gè)角形元件，其在框架的角部中可轉(zhuǎn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)地連接在襯底上，其中角形元件中的各兩個(gè)彼此通過U形的彈簧元件彼此連接。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]在附圖中示出和在隨后的描述中詳細(xì)解釋本發(fā)明的實(shí)施例。
[0023]圖1作為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的Qy傳感器分別示出傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)速傳感器的原理示圖；
[0024]圖2至5示出根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)速傳感器的不同的實(shí)施變型方案。
[0025]在不同的附圖中，相同的部分總是標(biāo)有相同的參考標(biāo)記并且因此通常分別也僅命名或提到一次。
【具體實(shí)施方式】
[0026]圖1中示出傳統(tǒng)的、尤其是微機(jī)械地制造的轉(zhuǎn)速傳感器100的原理示圖，其設(shè)置用于檢測圍繞第一方向OR (在Qy傳感器的圖1和2的示例中這相應(yīng)于y軸)的轉(zhuǎn)速并且在襯底101上實(shí)現(xiàn)，所述襯底具有主延伸平面110并且對于傳感器或者轉(zhuǎn)速傳感器也預(yù)給定所述主延伸平面。這種轉(zhuǎn)速傳感器包括兩個(gè)能夠振動(dòng)的質(zhì)量(分振動(dòng)器)，其以反平行模式沿著與第一方向OR垂直的驅(qū)動(dòng)方向AR (在圖1的示例中這相應(yīng)于X軸)被驅(qū)動(dòng)。在存在轉(zhuǎn)速的情況下，通過科里奧利力激勵(lì)反平行的探測振動(dòng)(與探測方向DR平行，所述探測方向不僅與第一方向OR垂直而且與驅(qū)動(dòng)方向AR垂直)，所述探測振動(dòng)被電容式地檢測并且借助分析處理電子電路換算成轉(zhuǎn)速。襯底101與主延伸平面110僅僅在附圖1中繪出，但在所有附圖1至5中同樣存在，因?yàn)樗羞@些附圖表示傳感器結(jié)構(gòu)的俯視圖，也就是說，繪圖平面相應(yīng)于主延伸平面110。傳統(tǒng)上，轉(zhuǎn)速傳感器的這種分振動(dòng)器包括作為驅(qū)動(dòng)裝置I的驅(qū)動(dòng)振動(dòng)器和作為第一科里奧利質(zhì)量5的科里奧利振動(dòng)器。另一個(gè)分振動(dòng)器包括第二科里奧利質(zhì)量5’。驅(qū)動(dòng)裝置I包括第一驅(qū)動(dòng)元件12和第二驅(qū)動(dòng)元件12’并且與驅(qū)動(dòng)方向AR平行地(并且根據(jù)反平行的振動(dòng)模式)借助第一驅(qū)動(dòng)元件12驅(qū)動(dòng)第一科里奧利質(zhì)量5并且借助第二驅(qū)動(dòng)元件驅(qū)動(dòng)第二科里奧利質(zhì)量5’。
[0027]在根據(jù)圖1的轉(zhuǎn)速傳感器中，驅(qū)動(dòng)振動(dòng)器借助彈簧2通過錨點(diǎn)3錨定在襯底101上。彈簧2是U形的并且沿著X方向(在所述示例中相應(yīng)于驅(qū)動(dòng)方向AR)是軟的。沿著y方向(在所述示例中相應(yīng)于第一方向0R)彈簧是硬的。沿著z方向(在所述示例中相應(yīng)于探測方向DR)彈簧同樣設(shè)計(jì)為硬的，其方式是，層厚度設(shè)置得比梁寬更大。尤其借助于叉指結(jié)構(gòu)(Interdigitalstrukturen)(未示出)以其固有頻率靜電諧振地驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)裝置I。箭頭4指向驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的方向，其中分振動(dòng)器——即第一和第二科里奧利質(zhì)量5、5’相對彼此反相地振動(dòng)，也就是說，當(dāng)另一個(gè)分振動(dòng)器至少部分地朝正X方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，一個(gè)分振動(dòng)器至少部分地朝負(fù)X方向運(yùn)動(dòng)，或者相反。通過耦合彈簧6，第一或第二科里奧利質(zhì)量5、5’與驅(qū)動(dòng)裝置I連接，從而第一和第二科里奧利質(zhì)量5、5’不僅可以執(zhí)行驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)4而且可以執(zhí)行探測運(yùn)動(dòng)8。沿著z軸的探測運(yùn)動(dòng)基于科里奧利加速度或者科里奧利力實(shí)現(xiàn)，所述科里奧利加速度或者科里奧利力由圍繞I軸的轉(zhuǎn)速Q(mào)y和沿著X軸的速度Vx根據(jù)FCOTi()lis=2*m*VxXQy (矢量叉積)得出。借助第一和第二科里奧利質(zhì)量5、5’之間的耦合結(jié)構(gòu)7，不僅耦合兩個(gè)分振動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)而且耦合兩個(gè)分振動(dòng)器的探測運(yùn)動(dòng)。探測電極(未示出)例如位于襯底101上第一和第二科里奧利質(zhì)量5、5’下方。
[0028]傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)速傳感器可以由結(jié)構(gòu)決定地具有加速度靈敏度和旋轉(zhuǎn)加速度靈敏度。這意味著，例如圍繞靈敏軸(第一方向0R，在本示例中，y軸)的轉(zhuǎn)動(dòng)振動(dòng)形式的旋轉(zhuǎn)加速度直接導(dǎo)致轉(zhuǎn)速信號。尤其當(dāng)以頻率fA (以所述頻率匕驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速傳感器)并且與科里奧利力同相地進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)振動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致特別大的可干擾性。圍繞第一方向OR (在此，y軸)的旋轉(zhuǎn)加速度同樣導(dǎo)致典型地與科里奧利力不可區(qū)別的等效的力。此外，沿著探測方向DR的線性加速度(在此，z軸)導(dǎo)致第一和第二科里奧利力質(zhì)量5、5’沿著探測方向DR (在本示例中，z軸)的不期望的偏轉(zhuǎn)或者對第一和第二科里奧利力質(zhì)量5、5’沿著探測方向DR (在本示例中，z軸)的力作用。
[0029]根據(jù)圖2至5，以轉(zhuǎn)速傳感器100的俯視圖示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)速傳感器100的第一實(shí)施變型方案(圖2)、第二實(shí)施變型方案(圖3)、第三實(shí)施變型方案(圖4)和第四實(shí)施變型方案(圖5 )，也就是說，繪圖平面相應(yīng)于主延伸平面110。根據(jù)本發(fā)明，在所有實(shí)施變型方案中規(guī)定，第一科里奧利質(zhì)量5具有第一分區(qū)9和第二分區(qū)10，并且第二科里奧利質(zhì)量5’具有第三分區(qū)9’和第四分區(qū)10’。相對于轉(zhuǎn)速傳感器100的關(guān)于科里奧利質(zhì)量5、5’與第一方向OR平行地延伸的對稱軸，第一和第三分區(qū)9、9’設(shè)置得比第二和第四分區(qū)10、10’更遠(yuǎn)離與第一方向OR平行地延伸的對稱軸。第一(尤其是相對于錨點(diǎn)或襯底位置固定地、優(yōu)選與襯底固定連接的)電極E9與第一分區(qū)9 一起構(gòu)成第一電容并且設(shè)置在第一分區(qū)9的對面(例如在所述分區(qū)下面、上面或下面和上面和/或旁邊)。第二 (尤其是相對于錨點(diǎn)或襯底位置固定地、優(yōu)選與襯底固定連接的)電極ElO與第二分區(qū)10 —起構(gòu)成第二電容并且設(shè)置在第二分區(qū)10的對面。第三(尤其是相對于錨點(diǎn)或襯底位置固定地、優(yōu)選與襯底固定連接的)電極E9’與第三分區(qū)9’ 一起構(gòu)成第三電容并且設(shè)置在第三分區(qū)9’的對面。第四(尤其是相對于錨點(diǎn)或襯底位置固定地、優(yōu)選與襯底固定連接的)電極E10’與第四分區(qū)10’一起構(gòu)成第四電容并且設(shè)置在第四分區(qū)10’的對面。這些電極尤其互聯(lián)成總電容CP和CN并且優(yōu)選構(gòu)成差CP-CN。現(xiàn)在基于第一和第二科里奧利質(zhì)量5、5’的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施(尤其基于科里奧利質(zhì)量5、5’在襯底101上或在第一和第二驅(qū)動(dòng)元件12、12’上的不同連接)，與在圍繞第一方向OR的旋轉(zhuǎn)加速度的情況下基于對科里奧利質(zhì)量5、5’的第一、第二、第三和第四分區(qū)9、10、9’、10’的旋轉(zhuǎn)加速度力的力作用的配置相比，圍繞第一方向OR (在所有實(shí)施變型方案中這相應(yīng)于X方向)的轉(zhuǎn)速在本發(fā)明的所有實(shí)施變型方案中基于對科里奧利質(zhì)量5、5’的第一、第二、第三和第四分區(qū)9、10、9’、10’的科里奧利力引起力作用的不同配置。這分別根據(jù)與繪圖平面垂直的示意性箭頭示圖(連同基于探測方向(z方向)上的線性加速度az對科里奧利質(zhì)量5、5’的第一、第二、第三和第四分區(qū)9、10、9’、10’的力作用)在圖2至5的左側(cè)部分中示出。[0030]在此，具有位于中心的點(diǎn)的較大的圓象征性地表示與z方向平行(也就是說從繪圖平面出來朝向觀察者)的較大的力作用或較大的偏轉(zhuǎn)，而具有位于中心的點(diǎn)的較小的圓表示與z方向平行(也就是說從繪圖平面出來朝向觀察者)的較小的力作用或較小的偏轉(zhuǎn)。此外，具有十字的較大的圓象征性地表示與z方向反平行(也就是說，離開觀察者進(jìn)入繪圖平面)的較大的力作用或較大的偏轉(zhuǎn)，而具有十字的較小的圓表示與Z方向反平行(也就是說，離開觀察者進(jìn)入繪圖平面)的較小的力作用或較小的偏轉(zhuǎn)。
[0031]以下列出對分區(qū)的力作用。當(dāng)力作用在10%、20%或50%的偏差范圍內(nèi)時(shí)，力作用在此稱為相同。
[0032]因此，在第一實(shí)施變型方案(圖2)中，在圍繞X方向(也就是說圍繞第一方向0R)的轉(zhuǎn)速?!￡的情況下，存在對第一、第二、第三和第四分區(qū)9、10、9’、10’的力作用的以下配置:對于第一、第二、第三和第四分區(qū)9、10、9’、10’存在力作用的以下配置:對第一分區(qū)的力作用在絕對值方面和在方向方面與對第二分區(qū)的力作用相同，并且對第三分區(qū)的力作用在絕對值方面和在方向方面與對第四分區(qū)的力作用相同。對第一分區(qū)的力作用在絕對值方面與對第三分區(qū)的力作用相同并且在方向方面與對第三分區(qū)的力作用反向。力作用沿著z方向(也就是說沿著探測方向DR)定向。在圍繞X方向(也就是圍繞第一方向0R)的旋轉(zhuǎn)加速度cmx/dt的情況下，存在對第一、第二、第三和第四分區(qū)9、10、9’、10’的力作用的以下配置:對第一分區(qū)的力作用在絕對值方面與對第三分區(qū)的力作用相同并且在方向方面與對第三分區(qū)的力作用反向。對第二分區(qū)的力作用在絕對值方面與對第四分區(qū)的力作用相同并且在方向方面與對第四分區(qū)的力作用反向。對第一分區(qū)的力作用在絕對值方面比對第二分區(qū)的力作用更大并且在方向方面與對第二分區(qū)的力作用相同。力作用沿著z方向(也就是說沿著探測方向DR)定向。在與探測方向DR (z方向)平行的線性加速度的情況下，存在對第一、第二、第三和第四分區(qū)9、10、9’、10’的力作用的以下配置:對第一、第二、第三和第四分區(qū)9、10、9’、10’的力作用在絕對值和方向方面相同。力作用沿著z方向(也就是說沿著探測方向DR)定向。
[0033]因此，在第二、第三和第四實(shí)施變型方案(圖3至5)中，在圍繞X方向(也就是說圍繞第一方向0R)的轉(zhuǎn)速0!￡的情況下`，存在對第一、第二、第三和第四分區(qū)9、10、9’、10’的力作用的以下配置:
[0034]對第一分區(qū)的力作用在絕對值方面比對第二分區(qū)的力作用更小并且在方向方面與對第二分區(qū)的力作用相同，并且對第三分區(qū)的力作用在絕對值方面比對第四分區(qū)的力作用更小并且在方向方面與對第四分區(qū)的力作用相同。對第一分區(qū)的力作用在絕對值方面與對第三分區(qū)的力作用相同并且在方向方面與對第三分區(qū)的力作用反向。對第二分區(qū)的力作用在絕對值方面與對第四分區(qū)的力作用相同并且在方向方面與對第四分區(qū)的力作用反向。力作用沿著z方向(也就是說沿著探測方向DR)定向。在圍繞X方向(也就說圍繞第一方向0R)的旋轉(zhuǎn)加速度cmx/dt的情況下，存在對第一、第二、第三和第四分區(qū)9、10、9’、10’的力作用的以下配置:對第一分區(qū)的力作用在絕對值方面和在方向方面與對第二分區(qū)的力作用相同，并且對第三分區(qū)的力作用在絕對值方面和在方向方面與對第四分區(qū)的力作用相同。對第一分區(qū)的力作用在絕對值方面與對第三分區(qū)的力作用相同并且在方向方面與對第三分區(qū)的力作用反向。力作用沿著z方向(也就是說沿著探測方向DR)定向。
[0035]在與探測方向DR (z方向)平行的線性加速度的情況下，存在對第一、第二、第三和第四分區(qū)9、10、9’、10’的力作用的以下配置:對第一分區(qū)的力作用在絕對值方面比對第二分區(qū)的力作用更小并且在方向方面與對第二分區(qū)的力作用相同，并且對第三分區(qū)的力作用在絕對值方面比對第四分區(qū)的力作用更小并且在方向方面與對第四分區(qū)的力作用相同。對第一分區(qū)的力作用在絕對值方面和在方向方面與對第三分區(qū)的力作用相同。對第二分區(qū)的力作用在絕對值方面和在方向方面與對第四分區(qū)的力作用相同。力作用沿著z方向(也就是說沿著探測方向DR)定向。
[0036]根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，一方面如此設(shè)置第一和第二科里奧利質(zhì)量5、5’在襯底101或在驅(qū)動(dòng)裝置I上的連接并且另一方面如此設(shè)置第一、第二、第三和第四電極E9、E10、E9’、E10’的布置和構(gòu)造，使得在圍繞第一方向OR的旋轉(zhuǎn)加速度的情況下通過第一、第二、第三和第四分區(qū)9、10、9’、10’的與探測方向DR平行的偏轉(zhuǎn)或?qū)Φ谝?、第二、第三和第四分區(qū)9、10、9’、10’的與探測方向DR平行的力作用引起的或者第一和第三電容的變化以及第二和第四電容的變化或者第一和第二電容的變化以及第三和第四電容的變化相互補(bǔ)償。根據(jù)本發(fā)明，由此以有利的方式保證，圍繞靈敏的第一方向OR的旋轉(zhuǎn)加速度(尤其是在激勵(lì)頻率或驅(qū)動(dòng)頻率的頻率范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)加速度)不對轉(zhuǎn)速傳感器的測量信號作出貢獻(xiàn)或僅僅對轉(zhuǎn)速傳感器的測量信號作出很小的(或者相互補(bǔ)償?shù)?貢獻(xiàn)。
[0037]在根據(jù)圖2的第一實(shí)施變型方案中規(guī)定，在圍繞X方向的旋轉(zhuǎn)加速度的情況下，不同強(qiáng)度地與z方向平行地加速第一和第二分區(qū)9、10 (與第三和第四分區(qū)9’、10’)。相應(yīng)地，可以以如下方式進(jìn)行分別所屬的電極E9、E10、E9’、E10’的相應(yīng)分測量信號的補(bǔ)償:第一和第二電極E9、E10和第三和第四電極E9’和E10’不同地構(gòu)造，尤其(關(guān)于其與主延伸平面110平行的面延伸)大小不同地構(gòu)造。在根據(jù)圖3、4和5的第二、第三和第四實(shí)施變型方案中分別規(guī)定，在圍繞X方向的旋轉(zhuǎn)加速度的情況下，相同強(qiáng)度地與z方向平行地加速第一、第二、第三和第四分區(qū)9、10、9’、10’。相應(yīng)地，可以以如下方式進(jìn)行分別所屬的電極E9、E10、E9’、E10’的相應(yīng)分測量信號的補(bǔ)償:第一、第二、第三和第四電極E9、E10、E9’和E10’相同地構(gòu)造，尤其(關(guān)于其與主延伸平面110平行的面延伸)大小相同地構(gòu)造。
[0038]根據(jù)圖2，科里奧利質(zhì)量5、5’分別(借助在驅(qū)動(dòng)方向上和在探測方向上軟的彈簧裝置20)對稱地連接在襯底101上。因此，第一傾覆軸11關(guān)于第一科里奧利質(zhì)量5對稱地(與X方向平行地)延伸。第二傾覆軸11’同樣關(guān)于第二科里奧利質(zhì)量5’對稱地(與X方向平行地)延伸。因此，在(圍繞X方向的)轉(zhuǎn)速的情況下，實(shí)現(xiàn)對科里奧利質(zhì)量5、5’的第一和第二分區(qū)9、10 (或者是第三和第四分區(qū)9’、10’ )的相同大小的力作用，而在旋轉(zhuǎn)加速度的情況下由于第一和第二分區(qū)9、9’與轉(zhuǎn)速傳感器100的平行于X方向在科里奧利質(zhì)量5、5’之間延伸的對稱軸的更大距離導(dǎo)致更大的力作用，所述力作用可借助根據(jù)本發(fā)明的不同大小的電極在對電極的相應(yīng)分測量信號的分析處理中本質(zhì)補(bǔ)償。
[0039]根據(jù)圖3，科里奧利質(zhì)量5、5’分別(借助在驅(qū)動(dòng)方向上和探測方向上軟的彈簧裝置20)同樣對稱地連接在襯底101上。然而，在第二實(shí)施變型方案中規(guī)定，對于科里奧利質(zhì)量5、5’的與主延伸平面110平行的每面積單位，存在不同的質(zhì)量分布，更確切地說，第二和第四分區(qū)10、10’相對于第一和第三分區(qū)9、9’具有更大的質(zhì)量，或者具有科里奧利質(zhì)量
5、5’的如下質(zhì)量分布:每面積單位的質(zhì)量隨著距轉(zhuǎn)速傳感器100的與X方向平行地延伸的(在科里奧利質(zhì)量5、5’之間的)對稱軸的距離增加而下降。相應(yīng)地，第一和第二傾覆軸11、11’關(guān)于第一科里奧利質(zhì)量5或關(guān)于第二科里奧利質(zhì)量5’非對稱地(與X方向平行地)延伸。因此，在(圍繞X方向的)轉(zhuǎn)速的情況下產(chǎn)生對科里奧利質(zhì)量5、5’的第一和第二分區(qū)
9、10 (或第三和第四分區(qū)9’、10’ )的不同大小的力作用，而在旋轉(zhuǎn)加速度的情況下由于第一和第三分區(qū)9、9’與轉(zhuǎn)速傳感器100的平行于X方向在科里奧利質(zhì)量5、5’之間延伸的對稱軸的更大距離(但其通過第一和第三分區(qū)9、9’中的更小質(zhì)量補(bǔ)償)導(dǎo)致對第一、第二、第三和第四分區(qū)9、10、9’、10’的大致相同大小的力作用，其可借助根據(jù)本發(fā)明的相同大小的電極E9、E10、E9’、E10’在對電極的相應(yīng)分測量信號的分析處理中本質(zhì)補(bǔ)償。
[0040]根據(jù)圖5，科里奧利質(zhì)量5、5’分別非對稱地連接在襯底101上。為此在驅(qū)動(dòng)方向上和在探測方向上設(shè)置軟的彈簧裝置20。此外，設(shè)置另外的傾覆彈簧裝置21，其在z方向上不是軟的并且因此引起第一和第二科里奧利質(zhì)量5、5’圍繞第一和第二傾覆軸11、11’的傾覆。相應(yīng)地，第一和第二傾覆軸11、11’關(guān)于第一科里奧利質(zhì)量5或關(guān)于第二科里奧利質(zhì)量5’非對稱地(與X方向平行地)延伸。因此，在(圍繞X方向的)轉(zhuǎn)速的情況下產(chǎn)生對科里奧利質(zhì)量5、5’的第一和第二分區(qū)9、10 (或第三和第三分區(qū)9’、10’)的不同大小的力作用，而在旋轉(zhuǎn)加速度的情況下由于第一和第三分區(qū)9、9’與轉(zhuǎn)速傳感器100的平行于X方向在科里奧利質(zhì)量5、5’之間延伸的對稱軸的更大距離(但其通過與第一和第三分區(qū)9、9’中的相應(yīng)傾覆軸11、11’的更小距離補(bǔ)償)導(dǎo)致對第一、第二、第三和第四分區(qū)9、10、9’、10’的大致相同大小的力作用，其可借助根據(jù)本發(fā)明的相同大小的電極E9、E10、E9’、E10’在對電極的相應(yīng)分測量信號的分析處理中本質(zhì)補(bǔ)償。
[0041]根據(jù)圖4，第一科里奧利質(zhì)量5借助第一扭轉(zhuǎn)懸掛裝置13非對稱地連接在第一驅(qū)動(dòng)元件12上，并且第二科里奧利質(zhì)量5’借助第二扭轉(zhuǎn)懸掛裝置13’非對稱地連接在第二驅(qū)動(dòng)元件12’上。為此，第一和第二扭轉(zhuǎn)懸掛裝置13、13’在驅(qū)動(dòng)方向AR上(y方向)和在探測方向DR上被構(gòu)造為硬的或相對較硬的，然而允許圍繞與第一和第二扭轉(zhuǎn)懸掛裝置13、13’平行地延伸的第一和第二傾覆軸11、11’的扭轉(zhuǎn)。這例如能夠借助第一和第二扭轉(zhuǎn)懸掛裝置13、13’的構(gòu)造實(shí)現(xiàn)，所述第一和第二扭轉(zhuǎn)懸掛裝置在y方向上比在z方向上構(gòu)造得更寬。相應(yīng)地，第一和第二傾覆軸11、11’關(guān)于第一科里奧利質(zhì)量5或關(guān)于科里奧利質(zhì)量5’非對稱地(與X方向平行地)延伸。因此，在(圍繞X方向的)轉(zhuǎn)速的情況下產(chǎn)生對科里奧利質(zhì)量5、5’的第一和第二分區(qū)9、10 (或第三和第三分區(qū)9’、10’)的不同大小的力作用，而在旋轉(zhuǎn)加速度的情況下由于第一和第三分區(qū)9、9’與轉(zhuǎn)速傳感器100的平行于X方向在科里奧利質(zhì)量5、5’之間延伸的對稱軸的更大距離(但其通過與第一和第三分區(qū)9、9’中的相應(yīng)傾覆軸11、11’(或相應(yīng)扭轉(zhuǎn)懸掛裝置13、13’ )的更小距離來補(bǔ)償)導(dǎo)致對第一、第二、第三和第四分區(qū)9、10、9’、10’的大致相同大小的力作用，其可借助根據(jù)本發(fā)明的相同大小的電極E9、E10、E9’、E10’在對電極的相應(yīng)分測量信號的分析處理中本質(zhì)補(bǔ)償。
【權(quán)利要求】
1.一種轉(zhuǎn)速傳感器(100)，所述轉(zhuǎn)速傳感器具有襯底(101)，所述襯底具有主延伸平面(110)，所述轉(zhuǎn)速傳感器用于探測圍繞與所述主延伸平面(110)平行地延伸的第一方向(OR)的轉(zhuǎn)速，其中，所述轉(zhuǎn)速傳感器(100)具有驅(qū)動(dòng)裝置(I)、第一科里奧利質(zhì)量(5)和第二科里奧利質(zhì)量(5’)，其中，所述驅(qū)動(dòng)裝置(I)被配置用于與垂直于所述第一方向(OR)延伸的驅(qū)動(dòng)方向(AR)平行地驅(qū)動(dòng)所述第一科里奧利質(zhì)量(5)和所述第二科里奧利質(zhì)量(5’)，其中，所述第一科里奧利質(zhì)量(5 )和所述第二科里奧利質(zhì)量(5’ )在圍繞所述第一方向(0R)的轉(zhuǎn)速的情況下經(jīng)受與不僅垂直于所述驅(qū)動(dòng)方向(AR)而且垂直于所述第一方向(OR)延伸的探測方向(DR)平行的科里奧利加速度，其中，所述轉(zhuǎn)速傳感器(100)關(guān)于所述科里奧利質(zhì)量(5，5’)具有與所述第一方向(0R)平行地延伸的對稱軸，其特征在于，所述第一科里奧利質(zhì)量(5)具有第一分區(qū)(9)和第二分區(qū)(10)，所述第二科里奧利質(zhì)量(5’ )具有第三分區(qū)(9’)和第四分區(qū)(10’)，其中，所述第一分區(qū)和所述第三分區(qū)(9，9’ )設(shè)置得更遠(yuǎn)離與所述第一方向(OR)平行地延伸的對稱軸并且所述第二分區(qū)和所述第四分區(qū)(10，10’ )設(shè)置得更靠近與所述第一方向(OR)平行地延伸的對稱軸，其中，在所述第一分區(qū)(9)的對面設(shè)置與所述第一分區(qū)(9) 一起構(gòu)成第一電容的第一電極(E9)，其中，在所述第二分區(qū)(10)的對面設(shè)置與所述第二分區(qū)(10) —起構(gòu)成第二電容的第二電極(E10)，其中，在所述第三分區(qū)(9’ )的對面設(shè)置與所述第三分區(qū)(9’ ) 一起構(gòu)成第三電容的第三電極(E9’)，其中，在所述第四分區(qū)(10’ )的對面設(shè)置與所述第四分區(qū)(10’ ) 一起構(gòu)成第四電容的第四電極(E10’)，其中，所述第一科里奧利質(zhì)量和所述第二科里奧利質(zhì)量(5，5’ )在所述襯底(101)或在所述驅(qū)動(dòng)裝置(I)上的連接和所述第一電極、所述第二電極、所述第三電極和所述第四電極(E9，E10，E9’，E10’ )的布置和構(gòu)造如此設(shè)置，使得在圍繞所述第一方向(OR)的旋轉(zhuǎn)加速度的情況下通過所述第一分區(qū)、所述第二分區(qū)、所述第三分區(qū)和所述第四分區(qū)(9，10，9’，10’ )的與所述探測方向(DR)平行的偏轉(zhuǎn)或者對所述第一分區(qū)、所述第二分區(qū)、所述第三分區(qū)和所述第四分區(qū)(9，10，9’，10’ )的與所述探測方向(DR)平行的力作用引起的 -或者所述第一電容和所述第三電容的變化以及所述第二電容和所述第四電容的變化-或者所述第一電容和所述第二電容的變化以及所述第三電容和所述第四電容的變化相互補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)速傳感器(100)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)裝置(I)具有第一驅(qū)動(dòng)元件(12)和第二驅(qū)動(dòng)元件(12’)，其中，所述第一驅(qū)動(dòng)元件(12)與所述驅(qū)動(dòng)方向(AR)平行地驅(qū)動(dòng)所述第一科里奧利質(zhì)量(5)，其中，所述第二驅(qū)動(dòng)元件(12’ )與所述驅(qū)動(dòng)方向(AR)平行地驅(qū)動(dòng)所述第二科里奧利質(zhì)量(5’)，其中，所述第一科里奧利質(zhì)量(5)配置成相對于所述第一驅(qū)動(dòng)元件(12)能夠圍繞與所述第一方向(OR)平行的第一傾覆軸(11)傾覆，其中，所述第二科里奧利質(zhì)量(5’)相對于所述第二驅(qū)動(dòng)元件(12’ )能夠圍繞與所述第一方向(OR)平行的第二傾覆軸(11’)傾覆。
3.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)速傳感器(100)，其特征在于，對于與所述第一科里奧利質(zhì)量(5)的所述主延伸平面(110)平行的每面積單元，所述第一分區(qū)(9)和所述第二分區(qū)(10)具有不同的質(zhì)量，并且對于與所述第二科里奧利質(zhì)量(5’ )的所述主延伸平面(110)平行的每面積單元，所述第三分區(qū)(9’)和所述第四分區(qū)(10’)具有不同的質(zhì)量。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)速傳感器(100)，其特征在于，與所述第一科里奧利質(zhì)量(5)的所述主延伸平面(110)平行的每面積單元的質(zhì)量隨著距所述轉(zhuǎn)速傳感器(100)的與平行于所述第一方向(OR)延伸的對稱軸的距離的增加而下降，并且與所述第二科里奧利質(zhì)量(5’ )的所述主延伸平面(110)平行的每面積單元的質(zhì)量隨著距所述轉(zhuǎn)速傳感器(100)的與平行于所述第一方向(OR)延伸的對稱軸的距離的增加而下降。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)速傳感器(100)，其特征在于，在圍繞所述第一方向(OR)的旋轉(zhuǎn)加速度的情況下，對所述第一分區(qū)(9)和所述第三分區(qū)(9’)的一平行于所述探測方向(DR)的一力作用比對所述第二分區(qū)(10)和所述第四分區(qū)(10’ )的一平行于所述探測方向(DR)的一力作用更大，并且與所述第一電極(E9)和所述第三電極(E9’ )的所述主延伸平面(110)平行的面比與所述第二電極(ElO)和所述第四電極(E10’ )的所述主延伸平面(110)平行的面更小。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)速傳感器(100)，其特征在于，在圍繞所述第一方向(OR)的旋轉(zhuǎn)加速度的情況下，對所述第一分區(qū)(9)、所述第二分區(qū)(10)、所述第三分區(qū)(9’)和所述第四分區(qū)(10’ )的一平行于所述探測方向(DR)的一力作用大小相同，并且平行于所述第一電極(E9)、所述第二電極(E10)、所述第三電極(E9’)和所述第四電極(E10’ )的所述主延伸平面(110)的面大小相同。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)速傳感器(100)，其特征在于，所述第一科里奧利質(zhì)量(5)與所述第一驅(qū)動(dòng)元件(12)借助第一扭轉(zhuǎn)懸掛裝置(13)在所述第一傾覆軸(11)的區(qū)域中連接，并且所述第二科里奧利質(zhì)量(5’)與所述第二驅(qū)動(dòng)元件(12’)借助所述第二扭轉(zhuǎn)懸掛裝置(13’)在所述第二傾覆軸(11’ )的區(qū)域中連接。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)速傳感器(100)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)裝置(I)被配置用于在驅(qū)動(dòng)方向(AR`)上分別相互反向地驅(qū)動(dòng)所述第一科里奧利質(zhì)量(5)和所述第二科里奧利質(zhì)量(5’)。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)速傳感器(100)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)裝置(I)具有驅(qū)動(dòng)框架，其中，所述驅(qū)動(dòng)框架具有四個(gè)角形元件(50)，其在所述框架的角部中可轉(zhuǎn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)地連接在所述襯底(101)上，其中，所述角形元件(50)中的各兩個(gè)彼此通過U形的彈簧元件彼此連接。
【文檔編號】G01C19/56GK103512571SQ201310246606
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月20日
【發(fā)明者】B·庫爾曼, R·舍本, D·C·邁澤爾, B·施密特, T·巴爾斯林科 申請人:羅伯特·博世有限公司