[发明专利]一种用于检测加速度和旋转速度的方法及微机电传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于检测加速度和旋转速度的方法，至少其中一个，尤其涉及借助微机电传感器检测互相垂直的空间三轴X，Y和Z方向中的两个方向，其中至少一个驱动模块和至少一个感应模块移动安装在基板上，并且至少一个驱动模块相对于至少一个感应模块以一个驱动频率作振动式运动，而且对应着基板上的微机电传感器，至少一个驱动模块移动安装在基板上且沿着平行于位于XY轴平面的基板平面方向振动，至少一个感应模块，一个连接弹性件将至少一个驱动模块连接到至少一个感应模块，至少一个固定部和一个固定弹性件将至少一个驱动模块和/或至少一个感应模块连接到基板上，驱动元件用来驱使驱动模块且以一个驱动频率相对于至少一个感应模块振动，当基板围绕任意空间轴旋转时，驱动元件被作用于科里奥利力，感应元件用来检测基板的加速度和旋转运动。

背景技术

众所周知，微机电陀螺仪是一种微机电传感器，其用来检测在正交坐标系X-Y-Z中围绕任意一轴的旋转运动。为了检测系统围绕三轴中任意一轴的旋转运动，最简单的方法需要使用三个微机电陀螺仪，每个微机电陀螺仪检测每个轴的旋转运动。一些昂贵的微机电陀螺仪通过某种方法检测围绕复杂轴的旋转运动。最基本的，这些陀螺仪的工作原理是当整个系统围绕一个轴的旋转运动是垂直于驱动的运动方向，一个振动式驱动模块在第三轴方向上产生科里奥利力（a Coriolis force）。驱动模块上设有一个支架，该科里奥利力引起驱动模块发生偏离，感应模块连接在驱动模块的支架上。感应模块上设有感应元件，感应元件电镀有电容和梳形电极，它们的间隙改变产生了与旋转运动成比例的电信号。通过这些电信号可以检测旋转运动。比如中国台湾第286201号专利就揭示了一种三轴微机电陀螺仪。

美国公开第2008/0053228号专利揭示了一种用于检测加速度的传感器，其作用于空间三个坐标轴。感应模块移动地悬浮在该空间中，当传感器的加速度发生在空间轴的一个时，感应模块发生偏离。这种偏离依次取决于电极，或者感应元件悬浮于其上的弹性元件的变形，这样便可以转换电信号。

前案的传感器的缺点在于检测加速度的传感器，要么必须采用不同的专业传感器，仅提供组合中整个传感器系统的运动信息；要么就是采用复杂的传感器，但是这样制造困难且操作也不容易。对于这些解决方案的共同问题在于制造上成本太高。

因此，本发明解决的问题是提供一种用于检测加速度和旋转运动的传感器，其结构简单且制造成本低，此外还具有精确的检测水平。

发明内容                                                        

本发明的问题被解决在于通过一种方法和一种微机电传感器，其带有独立权利要求界定的全部特征。

本发明的方法主要用于检测加速度和旋转速度的方法，至少其中一个，尤其涉及借助微机电传感器检测互相垂直的空间三轴X，Y和Z方向中的两个方向，其中至少一个驱动模块和至少一个感应模块移动安装在基板上。并且至少一个驱动模块相对于至少一个感应模块以一个驱动频率作振动式运动。倘若传感器产生外部加速度，驱动模块和感应模块以一个加速度频率偏离；倘若传感器产生外部旋转速度，它们就以一个旋转速度频率偏离。这加速度频率与这个旋转速度频率不同，意味着加速度频率或旋转速度频率对应的加速度或旋转速度也是不同的，因此上述结论是因为加速度或旋转速度的产生。基于本发明的方法，同样的感应元件可用于检测传感器的加速度或旋转速度。不管传感器用来检测加速度，还是用来检测旋转速度，它们使用的频率是不同的。

本发明的优选实施例中该方法也用于检测第三方向加速度和第三旋转速度。为了这个目的，提供至少一个附加的驱动模块，其相对至少一个感应模块且沿着垂直于第一和第二方向的至少一个驱动模块或者旋转速度的方向振动。发明的这个传感器可以检测三个方向的加速度和三个方向的旋转速度。仅需要一些活动元件。该产品不仅结构简单且制造成本低。

倘若传感器外部加速度产生，驱动模块和感应模块以与驱动频率相同的加速度频率偏离；倘若传感器外部旋转速度产生，它们以是驱动频率的两倍的旋转加速频率偏离。加速度和旋转速度明显不同，意味着传感器不管是被加速还是被旋转检测是很容易的。