[发明专利]三轴角速率传感器

说明书

技术领域

本发明通常涉及角速率传感器或陀螺仪，尤其涉及一种用于监测围绕三个输入轴的旋转的速率传感器。

背景技术

汽车和消费市场中的许多应用需要测量围绕三个正交轴的角速度。当前，最常见的解决方案是使用三个单独的速率传感器，每个速率传感器测量围绕一个轴的旋转。然而，那样的解决方案需要三个单独的传感器以及三个独立的集成电路以用于驱动控制和传感。

发明内容

一般说来，本发明的目的是提供一种新的，改进的角速率传感器或陀螺仪。

本发明的另一个目的是提供一种具有上述特征的速率传感器或陀螺仪，它克服了现有技术的速率传感器的限制和缺点。

根据本发明的这些及其他目的通过提供一个角速率传感器而被实现。该角速率传感器用于检测围绕第一、第二和第三正交输入轴的旋转，具有：基板；多个耦合在一起的一般为平面的检验质量，用于沿着多方向驱动轴在包括第一和第二输入轴的质量平面中进行线性驱动模式振荡；在驱动模式中驱动质量进行振荡的装置；平面传感构架，其被布置在质量平面中；用于把质量安装到传感构架以用于在驱动模式中相对于该传感构架进行线性移动以及用于在传感模式中与传感构架进行旋转的装置；用于把传感构架安装在基板上，以用于分别响应通过质量围绕第一、第二和第三输入轴旋转而产生的科里奥利力(Coriolis forces)，围绕第一、第二和第三输入轴彼此独立地与质量一起旋转的装置；对传感构架和质量围绕输入轴的旋转移动做出响应，以监测旋转速率的装置。

附图说明

图1是根据本发明的三轴速率传感器的一个实施例的俯视图。

图2是一个运行图，其示意了图1的实施例的驱动模式振荡。

图3是根据本发明的三轴速率传感器的另一个实施例的俯视图。

图4是根据本发明的三轴速率传感器的另一个实施例的俯视图。

图5是根据本发明的三轴速率传感器的另一个实施例的俯视图。

图6是一个运行图，其示意了图5的实施例的驱动模式振荡。

图7是根据本发明的三轴速率传感器的另一个实施例的俯视图。

图8是一个运行图，其示意了图7的实施例的驱动模式振荡。

图9是根据本发明的三轴速率传感器的另一个实施例的俯视图。

图10是一个运行图，其示意了图9的实施例的驱动模式振荡。

图11是根据本发明的三轴速率传感器的另一个实施例的俯视图。

图12是结合本发明的双轴速率传感器的一个实施例的俯视图。

图13是结合本发明的单轴速率传感器的一个实施例的俯视图。

图14是结合本发明的双轴速率传感器的另一个实施例的俯视图。

图15是结合本发明的单轴速率传感器的另一个实施例的俯视图。

具体实施方式

如图1中所示，速率传感器一般具有四个一般为平面的蝶翼形的检验质量(proof masses)20、22、24、26，当设备静止时它们位于x，y参考平面中。检验质量围绕X轴和Y轴的交点(即中心27)布置，质量(mass)20、24沿X轴，质量22、26沿Y轴。

检验质量通过柔性梁或挠性件(flexure)30被安装在支撑构架，或传感构架28上。这些挠性件约束每个质量在驱动模式中相对于传感构架沿着预定轴的线性移动，所述预定轴是该质量的驱动轴。质量20、24的驱动轴沿X轴，而质量22、26的驱动轴沿Y轴。

用于每个质量的挠性件在沿着该质量的驱动轴的方向中较柔性，而在其他方向中较刚性。对每个质量使用多组挠性件进一步抑制了质量和传感构架之间可能的相对移动，但是沿着质量驱动轴的线性移动除外。

如同质量一样，传感构架28一般是平面的并与质量一起布置在x，y平面中。它包括刚性环38和柄40。该环的中心与中心27一致，这也是设备的中心。每个柄被接附到该环并且沿着检验质量的驱动轴延伸到检验质量的内侧，以便通过挠性件30安装质量。

环38通过从环以径向延伸的挠性件44被安装到万向节(gimbal)42。每个这样的挠性件在其纵向或径向中较刚性，而在位于质量平面中并且垂直于纵向方向的横向中较柔性。它们约束传感构架围绕Z轴相对于万向节42的旋转，Z轴垂直于x，y平面并且在中心27处与该平面相交。