[发明专利]振荡微机械角速度传感器有效
申请号: | 200580044879.9 | 申请日: | 2005-12-30 |
公开(公告)号: | CN101120232A | 公开(公告)日: | 2008-02-06 |
发明(设计)人: | A·布洛姆奎斯特 | 申请(专利权)人: | VTI技术有限公司 |
主分类号: | G01C19/56 | 分类号: | G01C19/56;G01P9/04;B81B3/00;G01P15/125 |
代理公司: | 中国专利代理(香港)有限公司 | 代理人: | 丁建春;杨松龄 |
地址: | 芬兰*** | 国省代码: | 芬兰;FI |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 振荡 微机 角速度 传感器 | ||
技术领域
本发明涉及在测量角速度中使用的测量装置,并且更具体地,涉及振荡微机械角速度传感器。本发明目的在于提供一种特别在紧凑型振荡微机械角速度传感器解决方案中能够进行可靠和有效测量的改进的传感器结构。
背景技术
基于振荡角速度传感器的测量已经证明有简单的原理,并且可提供测量角速度的可靠方法。最一般地应用在振荡角速度传感器的操作原理是所谓的音叉(tuning fork)原理。
在振荡角速度传感器中,某些已知的主运动产生并保持在传感器中。另一方面,通过传感器测量的所希望的运动,被检测作为在主运动中的偏差。在音叉原理中,主运动是两个振动线性谐振器的反相振荡。
在垂直于谐振器运动方向的方向上影响传感器的外部角速度,在相反方向上感应质量(masses)上的科里奥利力(coriolis force)。与角速度成正比的科里奥利力,可直接从质量检测到,或者使质量连接到相同的旋转轴,并且然后检测运动是在角速度轴线的方向上的角度振荡。
对振动和冲击的抗性是角速度的传感器要求的主要特征。特别在某些高要求应用中,类似地,例如,在汽车工业中的电子稳定性程序,这些要求是极其地严格。即使是强的冲击,类似地,例如,由石头引起的外部冲击,或者由小汽车音频播放器引起的振动,也不应该影响角速度传感器的输出。
在根据音叉原理的测量中,检测运动是角度振荡或差分线性振荡,并且这样,任何外部线性加速度将不会连到在理想结构中的检测谐振器。然而,不可避免地,由于在材料和支撑物中的振荡,相对于角速度传感器的检测轴线的角度加速度也将总是从冲击和振荡产生。这样,检测谐振器的运动将不可避免地被干扰,并且,特别当干扰频率接近传感器的操作频率时,这会引起在角速度传感器的输出信号中的偏差。
根据现有技术的角速度传感器也已发展,其中主运动和检测运动都是角度振荡。一项这样的用于角速度传感器的现有技术解决方案在例如美国专利号6349597中描述过。在该美国专利中描述的用于角速度传感器的解决方案中的主运动,是作为发生在晶片平面上围绕z轴线的角度振荡来实现的。角速度检测运动相应地测量作为晶片相对于z平面的倾斜。在目前的解决方案中,由角速度产生的力矩除了与振荡结构的质量成正比外,在角速度轴线的方向上与质量块长度的平方成正比。
然而,以上描述的现有技术解决方案,如基于音叉原理的结构,对于外部的的机械干扰,几乎展现出相同程度的敏感性。只有角度振荡的主运动,对于线性加速度是较少敏感的,但是无论如何,主运动比检测运动明显地对于外部应力是较少敏感的。
由于对振荡动的敏感性,目前通常已知的角速度的微机械传感器的测量原理,不是最好的可能存在的原理。这样,本发明的目的就是提供用于角速度振荡传感器的结构,与根据现有技术的解决方案相比较,其对于机械干扰的联接是略微较少敏感的。
发明内容
本发明的目的是提供这样一种改进的角速度振荡传感器,特别在紧凑型振荡角速度传感器解决方案中,其能够进行可靠和有效的测量,并且与根据现有技术的解决方案相比较,其对于机械干扰的联接是相当地较少敏感的。
根据本发明,提供振荡微机械角速度传感器,其包括在支撑区域附接到传感器部件主体上的两个测震(seismic)质量,以及位于质量之间的连接弹簧。使得
-在角速度传感器中,必须产生的主运动是围绕支撑区域的两个测震质量的反相角振荡。
-通过至少一个弯曲弹簧,测震质量彼此相连,机械地同步于它们的主运动,并且
-通过弹簧,或者通过弹簧和刚性辅助结构,测震质量附接到支撑区域,相对于与它们构成的圆盘相垂直的旋转轴线,并在圆盘平面方向上相对于至少一个旋转轴线,给予质量自由度。
优选地,角速度传感器是相对于一个轴线测量角速度的角速度传感器,在该传感器中,通过至少两个附接点(spot),两个测震质量附接到传感器部件的主体上。此外,优选地,弯曲弹簧基本上是比其宽更高(higher than it is wide)。
优选地,角速度传感器包括
-用于主运动的旋转弹簧,该弹簧相对于主运动具有挠性,并且
-用于检测运动的扭转弹簧,该弹簧相对于外部角速度传入的扭转力矩产生的扭转振荡具有挠性。
优选地,通过位于质量上方或下方的电极,电容性地检测由外部角速度产生的振荡。此外,优选地,电极生长到到密闭(hermeticallycolsing)传感器结构的晶片内表面。
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