本发明专利技术涉及一种用于探测相对于X轴和/或Y轴和Z轴的运动的微陀螺仪，特别是作为三维、五维或六维传感器。所述微陀螺仪包含基底（2），若干振动样本模块（1），用于将振动样本模块（1）附接至所述基底（2）的锚固件（3、4）以及安置在锚固件（3、4）与样本模块（1）之间的锚固弹簧（5、6），用于在X-Y平面内振动样本模块（1）的驱动元件（15），从而在基底（2）转动时生成Coriolis力，以及包含传感器元件（22），特别是安置在样本模块（1）下方的电极，从而探测样本模块（1）因所生成的Coriolis力而产生的偏移。样本模块（1）围绕中心锚固件（3）均匀地安置，并且能够相对于中心锚固件（3）径向地被驱动。锚固弹簧（5、6）设计成样本模块（1）既能够在X-Y平面内径向偏移，又能够出离所述X-Y平面偏移。传感器模块（20）通过传感器弹簧（21）安置在一个样本模块上，特别是安置在每个样本模块（1）上，并且传感器弹簧（21）允许传感器模块（20）在样本模块（1）的平面内或在X-Y平面内、且正交于样本模块（1）的径向驱动方向的偏移。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于探测相对于X轴线和/或Y轴线和Z轴线的运动的微陀螺仪，所 述微陀螺仪特别是作为3D (三维)、ro (五维)或6D (六维)传感器，该微陀螺仪具有基底； 多个振动样本模块；用于将振动样本模块附接至基底的锚固件以及安置在该锚固件与驱动 模块之间的锚固弹簧；用于使样本模块在X-Y平面内振动的驱动元件，以此在基底转动过 程中产生Coriolis力(科里奥利力)，并以此使用传感器元件来获知模块因Coriolis力而 发生的偏移，所述Coriolis力由X轴或Y轴的转动速度产生，所述传感器元件特别是安置 在样本模块(I)下方的电极。
技术介绍
微机电(MEMS)陀螺仪大体上用于探测围绕在X-Y-Z坐标系中的轴线的转动。为 了能够测定系统围绕三个轴线中的每个轴线的转动，因此，需要三个这种微陀螺仪。数据的 控制和分析成本高企并且需要大量工作。为了能够制造可以沿三个轴线转动的三维陀螺仪，D. Wood在1996年的文 章 “A monolithic silicone gyroscope capable of sensing about threeaxes simultaneously”中提出一种陀螺仪，其具有以围绕中心锚固件的环状方式安置的振动模 块，并且所述陀螺仪获知因Coriolis力引起的翻转和转动。其缺点在于，这种传感器的制 造以及运动模块的驱动都是困难或不可能实施的。因此，根据D. Wood等人的实施例仍是理 论性质的。在Nan-Chyuan Tsai 的文章 “Design and dynamics of an innovativemicro-gyroscope against coupling effects，，中还提出一种三维陀螺仪。其 缺点在于，设置了内板和外环，以及四个运动模块。所需要的弹簧结构在转动的两个正交方 向上呈低刚性，因而对误差敏感并且难以实施。所提出的两个解决方案均不适于同时获知沿两个或三个正交轴线的加速度。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在提供一种3D微陀螺仪，其能够以合理的成本制造并具有高捕 获精度，避免上文指出的不良特征，并且能够以可选择的方式设计，从而可以同时捕获另外 两个或三个加速度分量。这一目的由具有权利要求1的特征的微陀螺仪实现。根据本专利技术的微陀螺仪特别用于测定围绕X轴和/或Y轴和Z轴的转动，特别是 作为3D传感器、也可以作为或6D传感器来附加地捕获在X轴和/或Y轴和Z轴方向上 的加速度。该微陀螺仪包含基底和多个振动样本模块，其中振动样本模块由锚固件和锚固 弹簧附接至基底，该锚固弹簧安置在锚固件和样本模块之间。至少各对、优选所有的样本模 块通过驱动元件的使用受激以彼此相反地振动，即在X-Y平面内径向彼此相反地振动，从 而在基底旋转时经受Coriolis力。传感器元件(特别是安置在样本模块下方的电极)探测样本模块因Coriolis力而发生的偏移，所述Coriolis力产生自X轴和/或Y轴的转动速 度以及可选地产生自Z轴的加速度。根据本专利技术，样本模块围绕中心锚固件均匀地安置，并且能够相对于该中心锚固 件被径向地驱动。锚固弹簧设计成样本模块既能在X-Y平面内相对于中心锚固件径向偏 移，又能偏移出该X-Y平面。传感器模块通过传感器弹簧安装在一个每个样本模块上、特别 是每个样本模块上。传感器弹簧允许传感器模块在样本模块的平面或X-Y平面内、并与所 述样本模块的径向驱动方向正交地偏移。两个样本模块在相反侧上形成一样本模块对。由于安装在中心锚固件上的扭簧， 样本模块对可以围绕翻转轴线翻转，所述翻转轴线沿X轴或Y轴延伸并与所述对的轴线垂 直。由于样本模块与中心悬架之间、样本模块与外锚固件之间锚固弹簧的适当大小的弹性， 每个样本模块还可以在垂直方向上偏移。根据本专利技术的微陀螺仪具有这样的优点，其在构造上非常简单，因此能够以高水 平的精度生产和运行。样本模块被驱动以在径向方向上振动。因CorioliS力产生的样本 模块的偏移特别易于分析。样本模块对的因X轴转动速度或Y轴转动速度产生的组合的翻 转偏移运动分别只发生在Y轴方向或X轴方向上。相应地，安置在X轴线上的样本模块以 Y轴转动速度交替移出X-Y平面，并且类似地，安置在Y轴线上的样本模块在X轴转动速度 产生时也交替移出X-Y平面。如果在Z轴方向上产生加速度，样本模块同步出离所述平面。 通过对偏移的差分测量和求和测量，可以彼此区分相反的和同步的偏移。安置在基底和样 本模块之间的传感器元件探测在样本模块相对于基底的距离上的变化，以此允许获知X轴 或Y轴的转动速度以及Z轴的加速度。如果产生Z轴转动速度，Coriolis力在每个样本模块中出现，并且导致在样本模 块中的传感器元件垂直于径向驱动运动地偏移。所述偏移在样本模块对中是相反的。如果 垂直于样本模块对的轴线产生加速度，两个嵌装的传感器兀件沿同一方向偏移。对所述偏 移的差分和求和测量可以用来确定垂直于样本模块对轴线的Z轴转动速度分量和加速度 分量。因此，有利的是，通过在样本模块对中所有传感器元件在顺时针或逆时针方向上的偏 移的求和来确定转动速度，并通过在样本模块对中在顺时针或逆时针方向上的偏移的差分 来确定加速度。在所述微陀螺仪的特别有利的一实施例中，四个样本模块围绕中心锚固件的周边 均匀设置。微陀螺仪的对称构造和相应的转动速度的简单分析由此成为可能。对称进一步 提供力的平衡，从而使得因相反振动的样本模块的驱动运动而不会有力作用在所述微陀螺 仪上。如果将弹性万向安装件安置在中心锚固件与样本模块的弹簧之间，那么就能非常 简单和可靠地促成样本模块自X-Y方向的偏移。如果对应的样本模块只相对于X轴偏移， 则由于所述万向安装件，基本没有在样本模块上的能够围相对于Y轴偏移的作用能够被确 定。取决于期望的偏移运动，样本模块的精确区分因此得以实现。万向安装件是用来产生 和实质上改善微陀螺仪精度的简单构件。在万向安装件的特别有利的实施例中，所述万向安装件包括两个环，所述两个环 通过偏置的扭簧彼此连接。这里的扭簧彼此偏置90°，从而使得它们分别匹配两个振动样 本模块的驱动方向。偏移运动的精确区分因此实现。这里可以采用简单的扭簧。为了获得特别稳定的实施例以及只在给定方向上允许运动，有利的是每个扭簧被分为两个，其中分 别采用两个优选平行或分叉或会聚的弹簧条。如果样本模块和/或传感器模块以框架的形式设置，那么特别紧凑的结构变为可 能。如果样本模块以框架的形式设置，将驱动元件安置在所述样本模块内、即由所述样本模 块包围是可能的。在传感器模块的情况下，框架型结构能够允许传感器元件紧凑地位于所 述传感器模块内。传感器元件位于基底和传感器模块上，所述传感器元件可以由电极制成。 传感器模块因Z轴转动速度在X-Y平面内或样本模块平面内的运动导致了在固定至基底的 电极与位于传感器模块上的电极之间的距离上的变化，以此生成了允许获知Z轴转动速度 的电信号。对于样本模块的框架构造而言，以与传感器模块相同的方式，固定电极安装在基 底上，而电极安置在样本模块上。通过向对立电极施加AC电压使样本模块振动。所述框架 结构以此允许电极的非常紧凑的布置，特别是在没有显著超过样本模块地增大微陀螺仪的 外尺寸的情况下。为了实现微陀螺本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.20 DE 102010028005.41.一种用于探测相对于X轴线和/或Y轴线和Z轴线的运动的微陀螺仪，其特别是作为3D、ro或6D传感器，所述微陀螺仪具有基底(2)；多个振动样本模块(I);用于将所述振动样本模块(I)附接至所述基底(2)的锚固件(3、4)、以及安置在所述锚固件(3、4)与所述样本模块(I)之间的锚固弹簧(5、6);用于在X-Y平面内振动所述样本模块(I)的驱动元件(15 )，从而在所述基底(2 )转动时产生Coriolis力；以及传感器元件(22 )，特别是安置在所述样本模块(I)下方的电极，从而探测样本模块(I) 因所产生的Coriolis力而造成的偏移，其特征在于，所述样本模块(I)围绕中心锚固件(3)均匀地安置，并且能够相对于所述中心锚固件(3)径向地被驱动；所述锚固弹簧(5、6)设置成所述样本模块(I)既能够在所述X-Y平面内径向偏移，又能够出离所述X-Y平面偏移；传感器模块(20)通过传感器弹簧(21)安置在所述样本模块中的一个上，特别是安置在每个所述样本模块(I)上；并且所述传感器弹簧(21)允许所述传感器模块(20)在所述样本模块(I)的平面内或在所述X-Y平面内、且正交于所述样本模块(I)的径向驱动方向地偏移。2.根据前述权利要求中的一项或多项所述的微陀螺仪，其特征在于，四个样本模块 Cl)围绕所述中心锚固件(3)的周边均匀分布。3.根据前述权利要求中的一项或多项所述的微陀螺仪，其特征在于，弹性万向安装件 (7)在所述中心锚固件(3)与所述样本模块(I)的弹簧(5、6)之间安置。4.根据前述权利要求中的一项或多项所述的微陀螺仪，其特征在于，所述弹性万向安装件(7)包含两个环(8、9)，所述两个环通过彼此偏置的扭簧(10、11)而彼此连接。5.根据前述权利要求中的一项或多项所述的微陀螺仪，其特征在于，所述样本模块 (I)和/或所述传感器模块(20)以框架的形式设置。6.根据前述权利要求中的一项或多项所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：伏尔克·坎普，
申请(专利权)人：玛克西姆综合公司，
类型：
国别省市：
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