一种微陀螺，用于测定绕三个相垂直空间轴x、y和z的旋转运动，其具有一衬底（1），所述衬底上设有多个质量块（2，3），所述质量块沿切向围绕垂直于所述衬底（1）的z轴振荡。所述振荡质量块（2，3）借助弹簧（5，6，8）和锚件（7，9）固定在所述衬底（1）上。多个驱动元件（11）用于保持所述质量块（2，3）的绕z轴切向振摆，从而使所述质量块（2，3）在所述衬底（1）绕任一空间轴旋转时受到科氏力的作用并发生由此引起的偏斜。多个传感器元件用于检测所述质量块（2，3）被所产生的科氏力引发的偏斜。所述绕z轴振荡的质量块（2，3）中的部分质量块以主要可绕平行于所述衬底（1）的x轴倾斜的方式进行安装。所述绕z轴振荡的质量块（2，3）中的其他质量块以主要可绕平行于所述衬底（1）的y轴倾斜的方式进行安装。所述振荡质量块（2，3）中的至少一个其他振荡质量块至少部分还能在平行于所述衬底（1）所在平面的x-y平面内主要沿相对于z轴的径向进行偏斜。所述这个还能进行径向偏斜的z向质量块（3）配有一传感器元件（12），所述传感器元件同样能进行相对于z轴的径向偏斜，但并不绕z轴振荡。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于测定绕三个相垂直空间轴X、y和ζ的旋转运动的微陀螺，其包括衬底、多个驱动元件和多个传感器元件，所述衬底上设有多个质量块，所述质量块沿切向围绕垂直于所述衬底的ζ轴振荡，其中，所述振荡质量块借助弹簧和锚件固定在所述衬底上，所述驱动元件用于保持所述质量块的绕Z轴切向振摆，从而使所述质量块在所述衬底绕任一空间轴旋转时受到科氏力的作用并发生由此引起的偏斜，所述传感器元件用于检测所述质量块被所产生的科氏力引发的偏斜。
技术介绍
微陀螺通常用于测定围绕正交x-y-z坐标系中某一轴线的旋转运动。因此，如果要测定系统绕每个轴线的旋转运动，就需要使用三个这样的微陀螺。从控制或数据分析角度看，这种做法不但成本高，也很费力。Tff 286201 BB揭露一种三轴MEMS微机电陀螺仪。其中，多个布置在中央锚件上的质量块发生振荡旋转运动。这些质量块布置在衬底上，并且在绕X轴或1轴的旋转以及由此而产生的科氏力作用下绕y轴或X轴倾斜。通过用相应的悬架将这些驱动质量块安装在衬底上，可以实现这一点。如果再用相应的悬架将子质量块安装在采用可旋转安装方式的质量块上，这些子质量块就会在绕ζ轴旋转的作用下进行平移偏斜。上述倾斜运动和平移运动都可用传感器检测，而且由于与衬底的旋转运动成比例，因而可以用来推断围绕χ轴、 y轴或ζ轴的相应旋转。但是，偏斜就很难测定。为创造出一种能测定绕三个轴线的旋转运动的三维陀螺，D. Wood等人在1996年的论文“能同时感测三轴的单片硅微陀螺(A monolithic silicon gyroscope capable of sensing about three axes simultaneously)”中提出了一种陀螺，这种陀螺具有多个呈环形围绕中央锚件布置的振荡质量块。这些质量块能够在所产生的科氏力的作用下做倾斜运动与旋转运动。缺点是，这种传感器的制造以及对受驱质量块的驱动都很难。传感器各部件的运动会相互影响，因而无法足够精确地测量陀螺在χ向、y向或ζ向上的运动。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于测定绕三个相垂直空间轴x、y和ζ的旋转运动的微陀螺，这种微陀螺能精确检测各旋转方向上的偏斜，而且不会因受到非待测方向上的运动的影响而提供失真的检测结果，尤其不会因质量块的驱动影响而提供失真的检测结果。本专利技术用来达成上述目的的解决方案为一种具有如权利要求1所述特征的微陀螺。本专利技术的微陀螺用于测定绕三个相垂直空间轴x、y和ζ的旋转运动。该微陀螺具有衬底，衬底上设有多个质量块，这些质量块沿切向围绕垂直于衬底的ζ轴振荡，其中，这些振荡质量块借助弹簧和锚件固定在衬底上。驱动元件绕ζ轴驱动质量块，用于保持质量块的绕ζ轴切向振摆。衬底绕任一空间轴旋转时产生科氏力，这部分科氏力使受驱质量块发生偏斜。传感器元件布置在质量块区域内并且对质量块被衬底旋转而产生的科氏力所引发的偏斜进行检测。根据本专利技术，所述绕ζ轴振荡的质量块中的部分质量块以主要可绕平行于衬底的 X轴倾斜的方式进行安装。所述绕ζ轴振荡的质量块中的其他质量块以主要可绕平行于衬底的y轴倾斜的方式进行安装。至少一个其他振荡质量块还能在平行于衬底所在平面的 χ-y平面内主要沿相对于ζ轴的径向进行偏斜；这种质量块在下文中称为ζ向质量块。这个还能进行径向偏斜的ζ向质量块配有传感器元件，该传感器元件同样能进行相对于ζ轴的径向偏斜，但并不绕ζ轴振荡。将ζ向质量块和传感器元件予以区分的优点主要在于可以将切向驱动运动与径向传感器运动去耦合。该传感器元件本身在切向上不受驱，因此要测定衬底的绕ζ轴旋转运动，只需要检测传感器元件的径向运动。Z向质量块与其他质量块一起绕Z轴做振荡运动，当衬底绕Z轴旋转并产生科氏力时，Z向质量块将沿径向偏斜。Z向质量块既做切向运动，又做径向运动，但只有径向运动被传递给传感器元件。传感器元件的这种方向唯一(径向)的运动非常便于检测，且不会与其他运动发生叠加。相对于现有技术中的解决方案，这样能显著改善检测精度。根据本专利技术的优选实施方案，所述陀螺仪主要具有八个沿切向绕ζ轴振荡的质量块，其中的四个质量块还能进行相对于Z轴的径向运动，因而被称为Z向质量块。通过布置八个振荡质量块并且其中的四个为Z向质量块，就能获得一种在所产生的力方面平衡的陀螺仪。科氏力比较便于检测，能够可靠地查明引发绕某一轴线的旋转运动的原因。特别是， 如果这八个质量块沿周向均勻分布，并且基本上只沿切向绕Z轴振荡的质量块沿X向和y 向定向，其余的Z向质量块布置在X轴和y轴之间，就能产生特别平衡的系统。与所有参与驱动运动的质量块一样，ζ向质量块也在围绕ζ轴的切向上受驱，但除此之外还能进行相对于ζ轴的径向偏斜。这些质量块优选由半开式框架固定，并且进行切向驱动运动。科氏力只对Z向质量块的径向可动性产生作用，进而使传感器元件发生偏斜，以便测定绕Z轴转速。根据本专利技术的优选实施方案，所述基本上只沿切向绕ζ轴振荡的质量块是用于检测所述衬底的绕X轴或y轴旋转的倾斜板。一旦衬底绕X轴或y轴旋转并产生科氏力，这些只沿切向绕ζ轴振荡的质量块就会绕y轴或χ轴倾斜。这种倾斜运动可由分配给质量块的电容式传感器转换成电信号。所述既能进行相对于ζ轴的径向运动又能沿切向绕ζ轴运动的ζ向质量块优选耦合在框架上，以便能进行绕Z轴切向运动。该框架一方面用于Z向质量块的切向驱动，另一方面用于实现Z向质量块稳定的悬挂安装，以便Z向质量块能进行径向运动。通过对框架进行特别设计，Z向质量块可以采用足够大的尺寸，以便对科氏力产生明显反应，从而发生径向偏斜。从这种设计方案可以看出，Z向质量块的主要特性是径向偏斜，在其他情况下， 这种径向偏斜只有在框架和Z向质量块的组合整体上切向受驱做初级运动时才会产生。然而，径向次级运动在这里特别重要。这种框架式设计可以使这些特性得到很好的利用。特别优选地，所述既能进行相对于ζ轴的径向运动又能沿切向绕ζ轴运动的ζ向质量块与至少一个其他传感器元件相连，所述其他传感器元件用于检测所述Z向质量块被科氏力引发的径向偏斜。这样就可以通过仅具有径向可动性的传感器元件来检测导致Z向质量块发生径向偏斜的科氏力，而不必在既做径向运动又做切向运动的ζ向质量块上测量偏斜情况。这能显著改善测量结果，因为不会与其他运动发生叠加。传感器元件的运动仅指向径向科氏力。这使所测定的信号分析起来非常容易。根据本专利技术的优选实施方式，所述框架借助弹簧(特定而言两个弹簧)以可沿切向绕ζ轴运动的方式锚定在所述衬底上。在除切向以外的其他方向上，该框架基本不动。因此，所述框架只能进行切向振荡运动。作用在框架上的科氏力无法使框架发生径向偏斜。所述框架或弹簧在径向上相应为刚性。该框架优选也不会做偏离χ-y平面的运动，因而也不会对绕χ轴或ι轴转速所引发的科氏力产生反应。但是，这个方向上的刚性并非在任何情况下都是必要的。也可以让框架或ζ向质量块做偏离χ-y平面的运动，只要能确定这一运动不会传递给传感器元件，也不会影响传感器元件的测量。为获得一种在受驱质量块之间的反作用力和反力矩方面尽可能平衡的微陀螺系统，所述框架优选布置在所述沿切向绕ζ轴振荡的质量块或倾斜板之间。所述既能进行相对于ζ轴的径向运动又能沿切向绕ζ轴运动的ζ向质量块借助至少一个弹簧(优选本文档来自技高网...
【技术保护点】
１． 一种微陀螺，用于测定绕三个相垂直空间轴ｘ、ｙ和ｚ的旋转运动，其包括一衬底（１），所述衬底上设有多个质量块（２，３），所述质量块沿切向围绕垂直于所述衬底（１）的ｚ轴振荡，其中，所述振荡质量块（２，３）借助弹簧（５，６，８）和锚件（７，９）固定在所述衬底（１）上，多个驱动元件（１１），用于保持所述质量块（２，３）的绕ｚ轴切向振摆，从而使所述质量块（２，３）在所述衬底（１）绕任一空间轴旋转时受到科氏力的作用并发生由此引起的偏斜，以及多个传感器元件，用于检测所述质量块（２，３）被所产生的科氏力引发的偏斜，其特征在于，所述绕ｚ轴振荡的质量块（２，３）中的部分质量块以主要可绕平行于所述衬底（１）的ｘ轴倾斜的方式进行安装，所述绕ｚ轴振荡的质量块（２，３）中的其他质量块以主要可绕平行于所述衬底（１）的ｙ轴倾斜的方式进行安装，所述振荡质量块（２，３）中的至少一个其他振荡质量块至少部分还能在平行于所述衬底（１）所在平面的ｘ－ｙ平面内主要沿相对于ｚ轴的径向进行偏斜，所述这个还能进行径向偏斜的ｚ向质量块（３）配有一传感器元件（１２），所述传感器元件同样能进行相对于ｚ轴的径向偏斜，但并不绕ｚ轴振荡。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：H·哈默，
申请(专利权)人：感应动力股份公司，
类型：发明
国别省市：AT
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