[发明专利]微机械转动率传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机械科氏转动率传感器，用于检测绕在下面被称为X轴线的测量轴线的转动率。该微机械科氏转动率传感器具有衬底、振动结构以及用于产生绕与该测量轴线正交的激励轴线(Z轴线)的转动振动的装置。该振动结构借助于内部的第一悬置装置或借助于中央的悬置装置可转动地与该衬底连接，由此，该振动结构可绕转动点相对于该衬底进行转动振动。

背景技术

由现有技术已经公知了微机械转动率传感器，其中，通常可在脱耦式传感器与耦合式传感器之间进行区分。在脱耦式传感器的情况下，振动结构具有驱动元件和与该驱动元件在机械上分开的探测元件。驱动元件被置于通常稳态的运动状态、即驱动振动中。驱动振动对探测元件的作用通过合适地设置使驱动元件与探测元件耦合的弹簧元件得到阻止。如果从外部有转动率作用在传感器上，则驱动元件除了驱动振动之外还被激励进行其它运动、即检测运动。这种运动进一步通过弹簧元件传递给弹簧元件、在测量技术上被检测和分析处理。

在耦合式传感器的情况下，振动结构不仅作为驱动元件而且作为探测元件起作用。该振动结构仍然可构造成单件式或多件式，被激励进行驱动振动并且在外部转动率作用的情况下除了进行驱动振动之外还进行检测运动。

由DE 10320725A1以及DE 19915257A1公知了耦合式微机械运动传感器，这种微机械运动传感器具有构造成翼形的探测单元。该探测单元在中央支承在衬底上。中央支承通过多个径向分布的、分别相对于待检测的倾转方向横向地取向的悬置梁进行，这些悬置梁在一个中央点或多个非中央点上支承在衬底上。

探测单元由于传感器内部产生的作为驱动运动的激励而绕与中央支承重合的转动中心点相对于衬底平行地进行转动振动。由于作用在传感器上的外部转动率(在测量轴线的方向上或绕测量轴线)以及由此产生的科氏力，探测单元经历转动脉冲变化，这种转动脉冲变化导致该探测单元绕相对于转动振动轴线/激励轴线并且相对于外部转动率垂直的轴线(探测轴线)进行倾转运动。倾转运动借助于电容式传感器装置探测，该电容式传感器装置一方面通过探测单元、另一方面通过在衬底上与该探测单元对置的电容器构成。传感器装置通过多个分布地设置的电容器构成，以便允许与转动率方向相关地进行检测。

为了调节不同方向上响应特性的敏感度，DE 19915257A1公开：合适地确定探测单元的悬置弹簧或悬置梁的纵横比的大小。通过有目的地构造在确定空间方向上设置的悬置梁的纵横比例如可允许探测单元绕激励轴线的转动振动(激励振动)以及绕相对于激励轴线垂直的探测轴线的倾转，而绕相对于这些轴线垂直的测量轴线的倾转可基本上得到阻止或以期望的方式得到限制。

虽然以此方式可依转动率方向而定来检测转动率，但由所述现有技术公知的传感器由于其中央的悬置装置而对外部干扰参量如冲击加速或振颤的影响易受干扰，通常不够稳健。因此可能出现探测单元与衬底之间的强烈的位置相对变化，这种位置相对变化又可导致的所谓粘附和传感器不可用。

发明内容

从上述现有技术出发，本发明的任务在于，提供一种微机械科氏转动率传感器，该微机械科氏转动率传感器在对绕一个或多个转动方向的转动率的敏感度足够的情况下具有可依转动轴线而定地构造的响应特性，该微机械科氏转动率传感器同时在该测量方向上或这些测量方向上(绕一个探测轴线)对外部冲击和振颤作用具有足够的稳健性，以便尽可能满足电子信号处理的要求并且尤其是克服振动结构粘附在衬底上的危险。

对机械干扰影响的稳健性通常可这样来实现：可运动的传感器结构的共振频率提高到在很大程度上听觉谱之外的值，由此，传感器对冲击和振颤不敏感。但这样的措施通常必然伴随着探测元件的惯性矩的降低，由此伴随着进行探测的传感器面积的减小，因此用传感器灵敏度的减小来换取稳健性的提高。因此，一个主要方面是设计一个传感器方案，该传感器方案的特征在于对机械干扰影响具有尽可能高的不敏感度并且同时达到或尽可能超越与当前现有技术相应的其它方案的灵敏度。

上述任务的解决方案在于根据权利要求1前序部分的微机械科氏转动率传感器，该微机械科氏转动率传感器的特征在于：设置有至少一对第二悬置装置，所述至少一对第二悬置装置使振动结构与衬底连接并且设置在转动点的彼此对置的侧，其中，所述至少一对第二悬置装置与内部的第一悬置装置或中央的悬置装置相比到转动点设置在更大的径向距离上。