專利名稱：微機械轉動率傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種微機械科氏轉動率傳感器，用于檢測繞在下面被稱為X軸線的測 量軸線的轉動率。該微機械科氏轉動率傳感器具有襯底、振動結構以及用于產生繞與該測 量軸線正交的激勵軸線(Z軸線)的轉動振動的裝置。該振動結構借助于內部的第一懸置 裝置或借助于中央的懸置裝置可轉動地與該襯底連接，由此，該振動結構可繞轉動點相對 于該襯底進行轉動振動。
背景技術：
由現有技術已經公知了微機械轉動率傳感器，其中，通常可在脫耦式傳感器與耦 合式傳感器之間進行區分。在脫耦式傳感器的情況下，振動結構具有驅動元件和與該驅動 元件在機械上分開的探測元件。驅動元件被置于通常穩態的運動狀態、即驅動振動中。驅動 振動對探測元件的作用通過合適地設置使驅動元件與探測元件耦合的彈簧元件得到阻止。 如果從外部有轉動率作用在傳感器上，則驅動元件除了驅動振動之外還被激勵進行其它運 動、即檢測運動。這種運動進一步通過彈簧元件傳遞給彈簧元件、在測量技術上被檢測和分 析處理。在耦合式傳感器的情況下，振動結構不僅作為驅動元件而且作為探測元件起作 用。該振動結構仍然可構造成單件式或多件式，被激勵進行驅動振動并且在外部轉動率作 用的情況下除了進行驅動振動之外還進行檢測運動。由DE 10320725A1以及DE 19915257A1公知了耦合式微機械運動傳感器，這種微 機械運動傳感器具有構造成翼形的探測單元。該探測單元在中央支承在襯底上。中央支承 通過多個徑向分布的、分別相對于待檢測的傾轉方向橫向地取向的懸置梁進行，這些懸置 梁在一個中央點或多個非中央點上支承在襯底上。探測單元由于傳感器內部產生的作為驅動運動的激勵而繞與中央支承重合的轉 動中心點相對于襯底平行地進行轉動振動。由于作用在傳感器上的外部轉動率(在測量 軸線的方向上或繞測量軸線)以及由此產生的科氏力，探測單元經歷轉動脈沖變化，這種 轉動脈沖變化導致該探測單元繞相對于轉動振動軸線/激勵軸線并且相對于外部轉動率 垂直的軸線(探測軸線)進行傾轉運動。傾轉運動借助于電容式傳感器裝置探測，該電容 式傳感器裝置一方面通過探測單元、另一方面通過在襯底上與該探測單元對置的電容器構 成。傳感器裝置通過多個分布地設置的電容器構成，以便允許與轉動率方向相關地進行檢 測。為了調節不同方向上響應特性的敏感度，DE 19915257A1公開合適地確定探測 單元的懸置彈簧或懸置梁的縱橫比的大小。通過有目的地構造在確定空間方向上設置的懸 置梁的縱橫比例如可允許探測單元繞激勵軸線的轉動振動(激勵振動)以及繞相對于激勵 軸線垂直的探測軸線的傾轉，而繞相對于這些軸線垂直的測量軸線的傾轉可基本上得到阻 止或以期望的方式得到限制。雖然以此方式可依轉動率方向而定來檢測轉動率，但由所述現有技術公知的傳感
4器由于其中央的懸置裝置而對外部干擾參量如沖擊加速或振顫的影響易受干擾，通常不夠 穩健。因此可能出現探測單元與襯底之間的強烈的位置相對變化，這種位置相對變化又可 導致的所謂粘附和傳感器不可用。
發明內容
從上述現有技術出發，本發明的任務在于，提供一種微機械科氏轉動率傳感器，該 微機械科氏轉動率傳感器在對繞一個或多個轉動方向的轉動率的敏感度足夠的情況下具 有可依轉動軸線而定地構造的響應特性，該微機械科氏轉動率傳感器同時在該測量方向上 或這些測量方向上(繞一個探測軸線)對外部沖擊和振顫作用具有足夠的穩健性，以便盡 可能滿足電子信號處理的要求并且尤其是克服振動結構粘附在襯底上的危險。對機械干擾影響的穩健性通常可這樣來實現可運動的傳感器結構的共振頻率提 高到在很大程度上聽覺譜之外的值，由此，傳感器對沖擊和振顫不敏感。但這樣的措施通常 必然伴隨著探測元件的慣性矩的降低，由此伴隨著進行探測的傳感器面積的減小，因此用 傳感器靈敏度的減小來換取穩健性的提高。因此，一個主要方面是設計一個傳感器方案，該 傳感器方案的特征在于對機械干擾影響具有盡可能高的不敏感度并且同時達到或盡可能 超越與當前現有技術相應的其它方案的靈敏度。上述任務的解決方案在于根據權利要求1前序部分的微機械科氏轉動率傳感器， 該微機械科氏轉動率傳感器的特征在于設置有至少一對第二懸置裝置，所述至少一對第 二懸置裝置使振動結構與襯底連接并且設置在轉動點的彼此對置的側，其中，所述至少一 對第二懸置裝置與內部的第一懸置裝置或中央的懸置裝置相比到轉動點設置在更大的徑 向距離上。為了描述根據本發明的轉動率傳感器，下面示例性地使用相對于傳感器襯底位置 固定的笛卡兒坐標參照系。該笛卡兒坐標參照系的原點與設置在襯底上的振動結構的轉動 點重合。該笛卡兒坐標參照系相對于傳感器的取向僅僅是示例性的，不受限于所給出的描 述。參照系的X軸線和Y軸線相對于襯底平面平行地設置在靜止的(不進行檢測運動的) 振動結構的平面中。作為激勵軸線的Z軸線與襯底平面正交地延伸，由此，振動結構被激勵 繞Z軸線執行轉動振動(激勵運動)。待測量的轉動率(作為偽_矢量-角速度)處于X-Y 平面中，例如平行于X軸線，該X軸線在此情況下表示傳感器的轉動軸線或測量軸線。測量 運動于是在于振動結構繞Y軸線的傾轉運動，該Y軸線在此情況下是探測軸線。在傳感器 不受限于測量方向的情況下，X軸線和Y軸線分別不僅用作測量軸線而且用作探測軸線。在 轉動率不平行于Y軸線或X軸線取向的情況下，該轉動率的加速度分量分別在這些軸線之 一的方向起作用并且引起分別繞另一個軸線的偏轉，由此，X軸線和Y軸線同時可以是測量 軸線和探測軸線。本發明不僅涉及耦合式轉動率傳感器而且涉及脫耦式轉動率傳感器，但可特別有 利地在耦合式傳感器中使用。振動結構在耦合式傳感器的情況下作為探測單元起作用并且 不僅進行激勵運動而且進行檢測運動。在脫耦式傳感器的情況下，振動結構通常不僅包括 探測單元而且包括激勵單元，其中，激勵單元被激勵執行激勵運動，探測單元進行待檢測的 探測運動。在上述情況的兩種中，振動結構根據本發明通過內部的第一懸置裝置或者中央的懸置裝置并且通過至少一對外部的第二懸置裝置與襯底耦合，其中，所述至少一對第二懸 置裝置與內部的第一懸置裝置相比到轉動點設置在更大的徑向距離上。在使用一個中央的 懸置裝置來取代內部的第一懸置裝置的情況下，到轉動點的徑向距離必然更大，因為中央 的懸置裝置設置在轉動點上，因此具有到該轉動點具有趨近于零的徑向距離。在耦合式傳感器的情況下意味著，構成振動結構的探測單元通過內部的第一懸置 裝置或中央的懸置裝置和外部的第二懸置裝置與襯底連接。在脫耦式傳感器的情況下，這 也可適用于探測單元，但作為替換方案或者附加地，如前面已經描述的那樣在脫耦式傳感 器的情況下與探測單元一起構成振動結構的激勵單元可通過所述的內部的第一懸置裝置 或者中央的懸置裝置和外部的第二懸置裝置與襯底連接。不僅內部的第一懸置裝置或者中央的懸置裝置而且外部的第二懸置裝置可分別 通過唯一一個懸置點或多個懸置點與襯底直接地耦合或通過懸置結構或懸置元件(銷、梁 等等)與襯底間接地耦合。懸置點、懸置結構或懸置元件在下面被稱為耦合結構。振動結 構與耦合結構彈性連接，這允許振動結構相對于襯底進行前面描述的運動。內部的第一懸置裝置或中央的懸置裝置以及外部的第二懸置裝置可基本上任意 地構造。重要的是，內部的第一懸置裝置或中央的懸置裝置允許激勵運動(繞Z軸線的轉動 振動)并且同時允許檢測運動(繞X軸線和/或Y軸線的傾轉)。所述內部的第一懸置裝 置或中央的懸置裝置可這樣構造，使得僅僅激勵運動可在第一方向上進行并且檢測運動在 另一個方向上進行(具有僅一個測量方向的傳感器)。這優選通過軸線對稱地構造或布置 內部的第一懸置裝置來進行，例如其方式是所述內部的第一懸置裝置成對地彼此對置地設 置在轉動點兩側。但檢測運動也可在兩個空間方向上進行，例如其方式是內部的第一懸置 裝置關于這些方向相對于轉動點呈點對稱地設置并且盡可能靠近轉動點地設置或者使用 一個中央的懸置裝置。該傳感器于是具有與方向無關的或不依轉動軸線而定的響應特性。 在無另外的外部的第二懸置裝置的情況下，大小確定的轉動率的作用與其相對于傳感器的 轉動方向無關地始終引起大小相應相同的檢測運動。振動結構的偏轉的方向在此僅與轉動 率相對于傳感器的取向相關。這些外部的第二懸置裝置與這些內部的第一懸置裝置或者這個中央的懸置裝置 的特定構型無關地用于這樣的目的以從制造技術角度來看簡單的方式依轉動軸線特定地 構造傳感器的響應特性和測量敏感度。外部的第二懸置裝置優選不影響或僅僅不明顯地影 響振動結構的激勵運動。所述外部的第二懸置裝置的作用優選局限于該測量方向或這些測 量方向上的檢測運動。通過相應地協調外部的第二懸置裝置的數量和構型及其關于轉動點 所處的位置，振動結構與襯底之間的可相對運動性可個別地與方向相關地得到調節。由此， 依方向而定地構造傳感器的測量敏感度，由此，該傳感器具有依轉動軸線而定的響應特性。 此外，可依方向而定地構造、即提高或減小傳感器的共振頻率，而為此無需改變、例如減小 振動結構的慣性矩——由此造成靈敏度降低。例如可通過設置外部的第二懸置裝置以受控 制的方式影響在繞z軸線以及Y軸線運動時振動結構的共振頻率，而繞X軸線的運動通過 設置內部的懸置裝置在很大程度上得到限制，由此使自由度的數量減少到兩個。通過相應 地確定尺寸，不僅振動結構的工作頻率而且寄生頻率在敏感度不明顯損失的情況下可被影 響，由此，傳感器在尤其是測量方向上的靈敏度足夠的情況下對機械干擾影響不敏感。這些第二懸置裝置優選在延伸通過振動結構的質心的直線上正好相反地彼此對置。在一對第二懸置裝置的情況下，所述直線優選與和傳感器固定的參照系的軸線之一重 疊。也可使用一對以上第二懸置裝置，其中，這些第二懸置裝置優選關于X軸線對稱地而且 關于Y軸線對稱地設置。第二懸置裝置通常不(通過接片或類似件)彼此連接，而是分別相 對于襯底具有直接的彈性連接。此外，特別有利的是，所述第二懸置裝置彼此無關地處于振 動結構內部的自己的凹部中并且關于專門化的轉動中心對稱。但也可設置在振動結構的外 部區域上。處于振動結構的面之內的外部的第二懸置裝置優選伴隨著振動結構中的凹部， 所述凹部以足夠多的游隙空間接收對應的懸置部，以便不妨礙傳感器結構的與功能適應的 轉動振動。優選振動結構的轉動中心與其質心重合。根據本發明的另一個建議，每個內部的第一懸置裝置或者外部的第二懸置裝置具 有至少一個彈簧元件、優選梁彈簧元件或彎曲梁，所述彈簧元件一方面加接在振動結構上、 另一方面直接加接在襯底上或剛性地與該襯底連接的耦合結構上。根據另一個建議，內部 的第一懸置裝置或者外部的第二懸置裝置的彈簧元件在其在振動結構以及襯底或其耦合 結構上的加接部的區域中分支，尤其是形成多個懸臂。優選加接部位構造有整圓部，所述整 圓部尤其可以是橢圓形。以此方式，彈簧元件的加接區域構造得盡可能大，由此使內部應力 最小化。同時，由于分支而需要很少的材料，由此可在重量盡可能小的情況下獲得高的負荷 能力。優選彈簧元件的遠離振動結構轉動中心的端部與振動結構連接，而彈簧元件的對置 的并且較靠內部的端部與襯底或其耦合結構連接。為了由于探測單元或振動結構被三重或多重地固定在襯底上例如在由溫度引起 變形時盡可能不產生傳感器特性的變化，根據本發明的一個特別有利的實施形式提出，第 二懸置裝置的彈簧元件分別具有一個補償所述彈簧元件的縱向方向上的變形的區域。襯底 和/或探測單元或振動結構的翹曲或扭曲在無這種區域的情況下可能改變彈簧元件相對 于內部的第一懸置裝置的固定點的位置，由此可導致彈簧特性變化和/或可使探測單元或 振動結構相對于襯底的靜止位置變化，由此，傳感器的溫度歷程受到消極影響。通過本發明 提出的補償彈簧元件縱向方向上的變形的區域，由于固定點的相對移動而引入到彈簧元件 中的應力減小或者甚至完全抵消。所述區域作為緩沖器起作用，所述緩沖器隔離或吸收應 力。已經證實，彈簧元件在所述區域中特別有利地構造成蜿蜒曲折形、U形、C形或環形，其 中，除此之外可以是其它造型，這些造型允許固定點的相對移動引起的應力減低。通過使用 這種區域，在傳感器的共振頻率方面通過相對移動造成的變化相對于純梁彈簧可降低因數 10。根據一個優選實施形式，振動結構包括一個基本上剛性的板，該板在耦合式傳感 器的情況下集驅動元件的功能和檢測元件的功能于一體。優選該板在一個特別的實施形式 中具有兩個翼形的成形部。這些成形部用于提高在檢測轉動率時傳感器的靈敏度。如果例 如要檢測傳感器繞一個在給定時刻與位置固定的傳感器系統軸線平行的慣性系統的X軸 線的旋轉，則在X軸線的方向上優選在Y軸線的兩側構造翼形的成形部。根據另一個實施形式，在振動結構上加接徑向向外指向的齒梁，電極座置在所述 齒梁上或者所述齒梁構成與另外的固定的齒梁一起構成電容器的齒梁。這些電容器被供應 以頻率合適的交變電壓，由此，振動結構的繞Z軸線的驅動轉動振動被激勵。如果施加一個 具有平行于X軸線的分量的轉動率，則如上所述，檢測運動被激勵。振動結構在此描述繞 參照系的Y軸線的傾轉振動，該傾轉振動通過電極以電容方式檢測，這些電極通過振動結構本身和處于其下方的襯底的部分來構成。固定點到轉動點的空間距離是一個重要設計參 數振動結構的由于翼形的成形部而高的慣性矩的作用——在本例子中繞傳感器參照系的 Y軸線和Z軸線、例如繞這些軸線的振動的低共振頻率可通過設置在外部的第二懸置裝置 以受控制的方式得到補償。此外，離開轉動中心朝外安置的懸置裝置抵抗可運動的傳感器 結構的過大的偏轉，尤其是當振動結構不可忽略地彈性變形時。以此方式，振動結構粘性地 附著(粘附)在襯底上的可能傾向也被克服。如果根據本發明的另一個建議第二懸置裝置的彈簧元件設置在翼形的成形部的 凹部中，則得到傳感器的特別緊湊且穩健的實施形式。在此優選彈簧元件的遠離內部的第 一懸置裝置的端部與振動結構連接，而對置的端部與襯底連接。這樣的傳感器對于繞轉動 軸線或測量軸線的轉動率的檢測具有大的靈敏度，而通過彈簧元件阻止振動結構繞探測軸 線過度偏轉。同時，在振動結構繞探測軸線相對于襯底偏轉時系統的共振頻率提高到聽覺 譜之外的值，但至少提高到10kHz以上的值，由此，傳感器對大多處于聽覺范圍內的不期望 的干擾性環境影響如沖擊或振顫基本上不敏感。此外，帶有全部與其相聯系的消極后果的、 在測量模式中通過外部的沖擊作用造成的振動結構碰撞被克服。
從借助于附圖對實施例進行的下述非限制性說明中得到本發明的其它優點和實 施形式。附圖表示圖1具有一對內部的第一懸置裝置的傳感器的第一優選實施形式的示意性俯視 圖，圖2沿著圖1的線II-II的示意性剖面視圖，圖3圖1的傳感器的沿著Y軸線設置的內部的第一懸置裝置的放大俯視圖，圖4圖1的傳感器的沿著X軸線設置在右翼內部的具有懸置點和蜿蜒曲折形緩沖 區的彈簧元件的放大俯視圖，圖5具有中央的懸置裝置的傳感器的第二優選實施形式的示意性俯視圖，圖6沿著圖5的線VI-VI的示意性剖面視圖，圖7圖5的傳感器的沿著Y軸線設置的中央的懸置裝置的放大俯視圖，以及圖8圖5的傳感器的沿著X軸線設置在右翼內部的彈簧元件的放大俯視圖。
具體實施例方式在對實施例進行的下述說明中以及在附圖中，傳感器的相同的元件和功能單元設 置有相同的參考標號以及名稱。附圖中所示的笛卡兒坐標系是本發明一般說明中所給出的 傳感器參照系。該笛卡兒坐標系的Z軸線(圖2和圖6中的6)在圖1和圖5中垂直地從 繪圖平面出來朝觀察者的方向延伸。將圖1和圖2或圖5和圖6合在一起考察得到坐標原 點的確切位置。下面將X軸線4稱為測量軸線4，將Y軸線5稱為探測軸線5，將Z軸線6 稱為驅動軸線6。第一實施例的在圖1中以俯視圖示出的傳感器具有作為基礎元件的襯底1，該襯 底已由現有技術充分公知。相對于襯底1在呈作為耦合結構的支承銷3a、3b、14a、14b形式 的、成對地彼此對置的懸置點上支承著一個振動結構2。支承銷3a、3b與彈簧元件lla、llb一起沿著Y軸線5形成內部的第一懸置裝置3a、3b、lla、llb，而支承銷14a、14b與彈簧元 件10a、10b沿著X軸線4形成外部的第二懸置裝置14a、14b、10a、10b。彈簧元件10a、10b、 11a、lib使振動結構2與支承銷3a、3b、14a、14b連接。振動結構2被構造得不僅關于探測軸線5而且關于測量軸線4鏡像對稱。此外， 該振動結構關于振動結構2的轉動中心呈點對稱，該轉動中心與坐標系的原點重合。該振 動結構具有基本上圓形的基體16，在該基體上在側面在測量軸線4的方向上設置有翼形的 成形部，下面將其稱為翼17a、17b。在翼17a、17b之間在振動結構2的基體16的兩側設置 有示意性地表示的驅動齒8，通過這些驅動齒使振動結構繞驅動軸線轉動振動。圖3中放大地示出了沿著探測軸線5設置的支承銷3a、3b連同固定在這些支承銷 上的彈簧lla、llb。支承銷3a、3b固定地與處于其下方的襯底1連接并且從襯底朝正的驅 動軸線6的方向隆起。為每一個由彈簧lla、llb和支承銷3a、3b構成的懸置裝置3a、lla 和3b、llb都在振動結構2中設置有缺口 9a、9b。彈簧元件lla、llb在與支承銷3a、3b相反 的端部上與振動結構2連接。彈簧元件lla、llb由于其構型而允許振動結構2相對于襯底 1繞驅動軸線6旋轉振動(驅動運動)以及允許振動結構2相對于襯底1繞探測軸線5旋 轉振動(檢測運動)，而振動結構2相對于襯底1繞測量軸線4的旋轉振動被抑制或基本上 被阻止。在工作期間，振動結構2借助于驅動齒8相對于襯底1繞驅動軸線6旋轉振動。 如果現在整個傳感器繞測量軸線4轉動，則附加地產生周期性的科氏力對，所述科氏力對 在圖2中用Fei和Fe2象征性表示。這些力作用在可運動的整個傳感器結構2上并且在此在 翼17a、17b的區域中在通過驅動軸線6和測量軸線4形成的平面中最強烈。伴隨著科氏力 對而來的科氏力矩由此激勵出振動結構2繞探測軸線5的測量模式-轉動振動。振動結構 2相對于襯底1的隨之而來的位置相對變化可借助于圖中未示出的測量電極在測量技術上 檢測，這些測量電極優選處于翼17a、17b下方的以及必要時部分地或完全地在內部鐵餅形 盤下方的區域中。除了通過懸置裝置3a、3b、lla、llb進行的連接之外，振動結構2還借助于兩個另 外的外部的懸置裝置與襯底1連接，這些外部的懸置裝置分別由支承銷14a、14b和懸置在 所述支承銷上的水平彈簧10a、10b構成，所述水平彈簧具有C形的緩沖區20a、20b，參見圖 4。水平彈簧10a、10b設置在振動結構2的翼17a、17b的區域內部。翼17a、17b為此目的 分別具有自己的缺口 15a、15b，水平彈簧10a、10b連同緩沖區20a、20b和支承銷14a、14b被 接收在所述缺口中。水平彈簧10a、10b優選以其與支承銷14a、14b相反的端部13a、13b與 振動結構2連接，而這些水平彈簧以另外的端部12a、12b固定在支承銷14a、14b上。與支 承銷3a、3b類似，支承銷14a、14b固定地與襯底1連接。水平彈簧10a、10b分別構造成彎曲梁的形式。所述水平彈簧的縱橫比可以是任意 的，但優選構造得高。在所示實施形式中，水平彈簧10a、10b具有基本上矩形的橫截面，該 橫截面在探測軸線5的方向上的寬度比其在驅動軸線6的方向上的高度小。處于翼17a、17b內部的水平彈簧10a、10b與支承銷14a、14b首先用于補償振動結 構2繞對應空間軸線的高慣性矩的作用。通過該措施實現兩個效果1)運動的傳感器結構 的機械的(不僅與功能相適應的而且寄生的)固有頻率可提高到高的值，例如10kHz以上 (在合適地確定彈簧尺寸的情況下達20kHz以上)，由此，來自外部的、聽覺頻率范圍內的寄生振顫僅僅非常弱地輸入耦合到振動結構的測量運動中；2)水平彈簧與其內部懸置裝置 在很大程度上阻止通過外部的沖擊脈沖造成的碰撞——與此相聯系的是探測單元2粘性地 附著(“粘附(sticking) ”)在位于其下方的襯底1上。水平彈簧10a、10b在所述實施例的傳感器中不是構造成橫截面相同的連貫的彎 曲梁。而是所述水平彈簧具有作為緩沖器的區域20a、20b，在所述作為緩沖器的區域中，引 入到彈簧中的應力可在其縱向方向上即在測量軸線4的方向上減小。在所示的優選實施形 式中，所述區域20a、20b作為構造在彈簧縱向軸線兩側的、近似C形的伸出部分來實現。如 果例如由于壓力引起的襯底變形而產生支承銷14a、14b之間的位置相對變化，則這種襯底 變形可通過水平彈簧10a、10b在區域20a、20b中的彈性變形而得到補償，而水平彈簧10a、 10b繞探測軸線5彎曲時的彈簧特性以及繞驅動軸線6彎曲時的彈簧特性不明顯變化。由 于在彈簧中使用這種緩沖區，通過固定點相對移動造成的共振頻率變化相對于具有直的梁 彈簧的傳感器降低因數10。由于在優選實施例中支承銷3a、3b彼此相對近而節省了用于內 部的第一懸置裝置的這種緩沖區域。圖5中示出了傳感器的第二實施例的示意性俯視圖，在該第二實施例中，振動結 構2借助于一個中央的懸置裝置3、11a、lib而不是內部的第一懸置裝置3a、3b、lla、llb被 支承著。中央的懸置裝置與振動結構2的質量中心點重合并且處于坐標系的原點上。振動結構2如在第一實施例中那樣構造得不僅關于探測軸線5而且關于測量軸線 4鏡像對稱。此外，該振動結構關于中央的懸置裝置3、lla、llb呈點對稱。除此之外，該振 動結構基本上與第一實施例的振動結構2相同，參考對第一實施例的描述。圖6中放大地示出了中央的懸置裝置3、lla、llb。該中央的懸置裝置包括固定地 與襯底1連接的錨栓3，該錨栓從襯底1在激勵軸線6的方向上隆起。錨栓3具有基本上圓 形的橫截面，其中，在探測軸線5的方向上彼此對置地加工有缺口 18a、18b。振動結構2具 有中央的貫穿孔7。該貫穿孔也基本上是圓形的，具有在探測軸線5的方向上加工的缺口 9a、9b。振動結構2的中央的貫穿孔7具有比錨栓3大的直徑，由此，振動結構2可相對于 襯底1在很大程度上不受阻礙地繞錨栓3進行轉動振動。振動結構2的缺口 9a、9b和錨栓 3的缺口 18a、18b彼此對置。錨栓彈簧lla、llb設置在這些缺口之間并且分別在端側一方 面與錨栓3、另一方面與振動結構2連接。錨栓彈簧lla、llb由于其構型而允許振動結構2 相對于襯底1繞激勵軸線6旋轉振動以及允許振動結構2相對于襯底1繞探測軸線5旋轉 振動，而振動結構2相對于襯底1繞測量軸線4的旋轉振動被抑制或基本上被阻止。在第二實施例中，不僅錨栓彈簧11a、lib而且水平彈簧10a、10b如尤其是可從圖 7和圖8中獲知的那樣在對應的彈簧加接部位上設置有分支19a、19b、19c、19d ；21a、21b、 21c、21d。此外，彈簧加接部位即彈簧端部區域被橢圓形地整圓。以此方式，存在于彈簧中 的應力、尤其是最大應力在加接區域中分布在較大的面上，而同時不會過大地提高彈簧的 剛度。彈簧分別在探測單元2的或者中央的錨栓3的或外部錨栓14a、14b的鄰接區域上的 加接部位以圓整的形式相互過渡，這也使得在彈簧加接部以及與這些彈簧加接部鄰接的結 構中應力減弱。總體而言，通過彈簧端部區域的這種造型，這些區中的斷裂危險降低，這使 得整個傳感器的耐久性得到改善。彈簧加接部的這種造型也可在根據第一實施例的傳感器 中給出。
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權利要求
微機械科氏轉動率傳感器，用于檢測繞測量軸線(4)(X軸線)的轉動率，該微機械科氏轉動率傳感器具有襯底(1)、振動結構(2)以及用于產生該振動結構繞與該測量軸線(4)正交的激勵軸線(5)(Z軸線)的轉動振動的裝置，其中，該振動結構(2)借助于內部的第一懸置裝置(3a，3b，11a，11b)或中央的懸置裝置(3，11a，11b)可轉動地與該襯底(1)連接，由此，該振動結構可繞優選與該振動結構(2)的質心重合的轉動點相對于該襯底(1)進行轉動振動，其特征在于設置有至少一對第二懸置裝置(14a，14b，10a，10b)，所述至少一對第二懸置裝置使該振動結構(2)與該襯底(1)連接，其中，其懸置裝置(14a，14b，10a，10b)設置在該轉動點的彼此對置的側，所述至少一對第二懸置裝置與所述內部的第一懸置裝置或所述中央的懸置裝置相比到該轉動點設置在更大的徑向距離上。
2.微機械轉動率傳感器，用于檢測繞測量軸線(4)(X軸線)的轉動率，該微機械轉動率 傳感器具有襯底(1)以及探測單元(2)，其中，該探測單元(2)借助于中央的懸置裝置(3， 11a, lib)可轉動地與該襯底(1)連接，由此，該探測單元(2)可繞所述中央的懸置裝置(3， 11a, lib)相對于該襯底(1)進行轉動振動，其特征在于該探測單元(2)和該襯底(1)借 助于至少兩個第二懸置裝置(10a，IOb ； 14a, 14b)彼此連接。
3.根據權利要求1或2的微機械轉動率傳感器，其特征在于所述內部的第一懸置裝 置和外部的第二懸置裝置在延伸通過該振動結構(2)的質心的直線上正好相反地彼此對 置(權利要求1的情況)或者所述外部的第二懸置裝置(10a，IOb ； 14a, 14b)在延伸通過所 述中央的懸置裝置(3，11a，lib)的直線上正好相反地彼此對置(權利要求2的情況)。
4.根據權利要求1或3的微機械轉動率傳感器，其特征在于所述內部的第一懸置裝 置(3a，3b)成對地彼此對置地設置。
5.根據上述權利要求之一的微機械轉動率傳感器，其特征在于所述第二懸置裝置 (14a, 14b，10a, 10b)分別包括至少一個彈簧元件(10a, 10b)。
6.根據上述權利要求之一的微機械轉動率傳感器，其特征在于這些彈簧元件(10a， 10b)至少之一構造成彎曲梁。
7.根據權利要求5或6的微機械轉動率傳感器，其特征在于這些彈簧元件(10a，IOb) 分別具有一個補償所述彈簧元件的縱向方向上的變形的區域(20a，20b)。
8.根據權利要求7的微機械轉動率傳感器，其特征在于所述補償變形的區域(20a， 20b)構造成蜿蜒曲折形、U形、C形或環形。
9.根據權利要求5至8之一的微機械轉動率傳感器，其特征在于這些彈簧元件(10a， 10b)至少之一在由于待探測的轉動率而引起的偏轉的方向上比在與該方向正交的方向上 具有更高的彈簧剛度。
10.根據權利要求5至9之一的微機械轉動率傳感器，其特征在于這些彈簧元件 (10a, 10b)分別具有縱橫比高的、基本上矩形的橫截面。
11.根據上述權利要求之一的微機械轉動率傳感器，其特征在于該探測單元(2)在所 述中央的懸置裝置(3，11a，lib)處借助于至少一個彎曲彈簧(11a，lib)與該襯底(1)連 接，所述彎曲彈簧基本上阻止該探測單元(2)相對于該襯底(1)繞該測量軸線(4)轉動，但 允許在其它空間方向上轉動。
12.根據上述權利要求之一的微機械轉動率傳感器，其特征在于該振動結構(2)具有 兩個翼形的成形部(17a，17b)。
13.根據權利要求12的微機械轉動率傳感器，其特征在于這些翼形的成形部(17a， 17b)具有用于這些彈簧元件(10a，10b)和與這些彈簧元件連接的緩沖元件(20a，20b)的凹 部(15a,15b)。
14.根據上述權利要求之一的微機械轉動率傳感器，其特征在于這些彈簧元件(10a， 10b)在徑向遠離所述中央的懸置裝置(3，11a，lib)或所述內部的第一懸置裝置(3a，3b， 11a, lib)的端部(13a，13b)上與該振動結構(2)連接。
15.根據權利要求5至14之一的微機械轉動率傳感器，其特征在于這些彈簧元件 (10a, IOb)以對置于與該探測單元(2)連接的端部(13)的端部(12)優選通過外部錨栓 (14a, 14b)與該襯底(1)連接。
16.根據上述權利要求之一的微機械轉動率傳感器，其特征在于在該振動結構(2)上 在徑向方向上設置有驅動齒(8)。
17.根據權利要求5至16之一的微機械轉動率傳感器，其特征在于這些彈簧元件 (10a, IOb)在其在該探測單元(2)和/或該襯底(1)上的加接部的區域中分支。
18.根據權利要求11至17之一的微機械轉動率傳感器，其特征在于所述彎曲彈簧 (lla,llb)在其在該探測單元(2)和/或所述中央的錨栓(3)上的加接部的區域中分支。
19.根據權利要求5至18之一的微機械轉動率傳感器，其特征在于這些彈簧元件 (10a, IOb)的加接部位被優選橢圓形地整圓。
20.根據權利要求11至19之一的微機械轉動率傳感器，其特征在于所述彎曲彈簧 (lla,llb)的加接部位被優選橢圓形地整圓。
全文摘要
本發明涉及一種微機械科氏轉動率傳感器，用于檢測繞在下面被稱為X軸線的測量軸線的轉動率，該微機械科氏轉動率傳感器具有襯底、振動結構以及用于產生繞與該測量軸線正交的激勵軸線(Z軸線)的轉動振動的裝置，其中，該振動結構借助于內部的第一懸置裝置或借助于中央的懸置裝置可轉動地與該襯底連接，由此，該振動結構可繞轉動點相對于該襯底進行轉動振動，其中，還設置有至少一對第二懸置裝置，這些第二懸置裝置使該振動結構與該襯底連接并且設置在該轉動點的彼此對置的側，其中，所述至少一對第二懸置裝置與所述內部的第一懸置裝置或所述中央的懸置裝置相比到該轉動點設置在更大的徑向距離上，以便提供一種微機械科氏轉動率傳感器，該微機械科氏轉動率傳感器在對繞一個或多個轉動方向的轉動率的敏感度足夠的情況下具有可依轉動軸線而定地構造的響應特性，該微機械科氏轉動率傳感器同時在該測量方向上或這些測量方向上(繞一個探測軸線)對外部沖擊和振顫作用具有足夠的穩健性，以便盡可能滿足電子信號處理的要求并且尤其是克服振動結構粘附在襯底上的危險。
文檔編號G01C19/56GK101855516SQ200880101330
公開日2010年10月6日 申請日期2008年7月31日 優先權日2007年7月31日
發明者H·哈默 申請人:傳感器動力學股份公司