[发明专利]微机电传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机电传感器（MEMS），包含多个在x-y平面内受线性驱动的驱动元件，所述驱动元件布置在衬底上，用于测定所述衬底的转速矢量的至少两个（优选三个）分量，其中，存在两组驱动元件，这两组驱动元件大体在多个相互成直角的方向上受驱。

背景技术

衬底上固定有多个受振荡驱动的驱动元件的MEMS传感器或MEMS陀螺仪是公知技术。这些驱动元件通常借助可弹性变形的弹簧布置在衬底上，以此实现振荡运动。此外，整个驱动元件或者驱动元件上的至少一个部件采用这样的安装方式，当衬底绕规定轴线旋转而产生作用于受驱驱动元件的科氏力时，驱动元件会在该科氏力的作用下，在规定方向上振荡偏斜。通常也需为此设置有助于实现这种偏斜的弹簧。

让弹簧只在规定方向上具有弹性，是设计这种驱动元件时一贯的目标。尽量避免弹簧上出现叠加运动。为能测定衬底绕多个轴线的旋转，即测定衬底转速矢量的多个分量，已知的解决方案是结合使用多个能分别测定转速矢量的一个分量的上述传感器。这就需要在衬底上布置多个相同类型的驱动元件，或者布置多个传感器，使得转速矢量的待测分量能够通过驱动元件被所产生的科氏力引发的偏斜得到测定。各传感器或者传感器上的部件相应以能够测定转速矢量的各分量的方式进行布置。缺点是，每个传感器都需要一个单独的驱动控制装置，而且由于（例如）制造公差的缘故，无法避免驱动元件的运动频率存在差异。这会产生不同的科氏力，而这些不同的科氏力又会导致驱动元件的偏斜不一致。相应的校正工作会大幅提高电子控制成本。

现有技术中还有一类微机电陀螺仪，其具有多个共同受驱的驱动元件，以便测定转速矢量的多个分量。这类传感器在体积方面没有对微机电技术中的矩形可用空间加以最佳利用，因此会产生附加成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单的低成本MEMS陀螺仪，这种陀螺仪易于制造，但仍具有较高的测量精度。

本发明用来达成上述目的的解决方案为一种具有权利要求1所述特征的微机电传感器。

本发明的微机电传感器又称MEMS陀螺仪，具有多个在x-y平面内受线性驱动的驱动元件。这些驱动元件布置在衬底上，用于测定所述衬底的转速矢量的至少两个（优选三个）分量。设有两组大体在相互成直角的方向上受驱的驱动元件。根据本发明，相互间成直角受驱的驱动元件借助耦合装置彼此相连，以实现同步运动，该耦合装置以可旋转的方式安装在衬底上。如果设有两个相互间成直角受驱的驱动元件，就可测定转速矢量的两个分量。但是，优选在至少一个驱动元件组中设有两个平行受驱的驱动元件，这两个驱动元件可在所产生的科氏力的作用下做不同的偏斜运动，这样就能测定转速矢量的两个分量。这两个构造相同的平行受驱驱动元件优选借助本发明的耦合装置与第二组中与之成直角受驱的驱动元件相连，以实现同步运动。这样可测定转速矢量的三个分量，也即，可以测定传感器或衬底绕x轴、y轴和z轴的旋转。

所述耦合装置使两组驱动元件相互间成直角的运动同步化。也即，驱动元件的同步振荡得到支持。其中一组驱动元件的运动方向被耦合装置改变为另一组驱动元件的运动方向。所述耦合装置具有能避免驱动元件不均匀振荡的刚性。两个通过耦合装置相连的驱动元件使该耦合装置发生振荡旋转运动。通过用耦合装置连接两个驱动元件，可以确保这两个通过耦合装置相连的驱动元件同步做振荡线性运动。因此，本发明的耦合装置可以使MEMS陀螺仪（由多个各负责测定转速矢量的一个分量的感测装置构成）的受驱驱动元件共同均匀振荡，借此保证对所产生的科氏力的反应的均一性，从而使本发明的微机电传感器具有较高的测量精度。

根据本发明的优选实施方案，一组中的驱动元件可相对平行运动，至少两个平行受驱的驱动元件同样借助耦合装置彼此相连。所述耦合装置在驱动方向上为刚性，从而使两个驱动元件的驱动运动同步化。这样一来，不仅相互间成直角受驱的驱动元件能同步振荡，平行受驱的驱动元件也能同步运动。由此而得到的系统整体上能测定转速矢量的三个分量，还能在同步振荡的驱动元件基础上，通过传感器的相应旋转产生相应的科氏力和偏斜。这样能精确测定相应旋转。此外还能得到一种结构简单、能够对矩形可用空间进行最佳利用的三维陀螺仪，这种陀螺仪可以较低的电子控制成本提供较高的测量精度。