[发明专利]微机械角速度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及角速度传感器，具体地涉及振动型微机械角速度传感器。

背景技术

角速度传感器所要求具有的主要特性是抗震性和耐冲击性。尤其是 在例如驱动稳定性控制系统等的自动化工业中的应用中，这些要求是极 其严格的。即使是例如来自石头的猛烈外部冲击，或者是由汽车立体声 系统造成的震动，都不应该干扰角速度传感器的输出。

在像例如角速度传感器的很多微机械谐振器中，优选的是在运动质 量块之间设计耦合弹簧，该弹簧可允许质量块的反相运动，同时可阻止 质量块的共模运动。为了将例如机械冲击的各种扰动与实际信号区别开， 尤其需要这种布置。通常，从质量块检测到的信号不相同，而影响它们 的加速度同样地造成共模位移。

在图1中，图示了现有技术中的简单的耦合谐振器，其中，耦合弹簧 J是与其它弹簧相同的一维弹簧。于是，该简单的耦合谐振器包括两个质 量块m1、m2和三个相同的一维弹簧J。根据图1的结构有效地将质量块的 共模运动与差模运动分开。不过，因为该耦合弹簧不参与在同相的运动， 由于质量块在同相(该模式的频率较低)比在反相更容易发生位移，从 加速度敏感性的观点来看，该结构并不有利。

在美国专利公报US 6,752,017B2中，具体描述了用于Z轴陀螺仪的耦 合弹性结构，其中，检测运动为质量块在运动的共同轴上的反相振动。 这些弹性结构的共同特点是它们参与了对初级模式和次级模式频率的限 定，且根据该专利公报，它们位于彼此相邻的待耦合的质量块之间。

然而，在该专利公报中描述的弹性结构具有一些缺陷。例如，因为 像上述简单的耦合谐振器对线性加速度的敏感性，它们对于共模比对于 反相运动具有更大松弛性。因此，与反相的振动模式所需的期望激励相 比，碰撞和振动更加容易使质量块发生位移。而且，因为该弹性结构参 与了这两个模式，因此在初级模式下的非线性度难以控制。实际上，完 全优选的是，将不同模式的耦合弹性结构互相分开，从而可独立于次级 悬架而设计初级模式悬架的非线性度。

从机械干扰的角度来说，当使质量块沿平行轴振动时，一种显然更 佳的方案为跷跷板式(seesaw type)耦合弹簧，这是因为跷跷板式耦合 弹簧对于在同相的位移比对于在反相的位移更为刚性。例如在被要求优 先权的专利申请FI 20095201中所实施的所述耦合悬架用于在激励框的y 方向的主运动，并且如图2所示，表示了Z轴的角速度传感器，其中表示 了一种位于y轴方向的顶端和底端的跷跷板式耦合弹性结构的示例。

然而，图2的角速度传感器结构在位于框架内部的质量块之间完全缺 少耦合，从而该质量块在x轴方向按照几乎独立的加速度传感器而工作。 由于未被耦合，当质量块受到任何反相的待检测的科里奥利力(Coriolis  force)时，它们几乎机械地对机械干扰敏感(共模)。因此，如何优选地 设计一种用于质量块的耦合悬架，其中耦合悬架可防止质量块在同相的 运动，但还不参与在y轴方向的主运动，该问题仍未解决。

一种类似于上述耦合悬架的跷跷板式悬架构成了一种使质量块沿所 述平行的并排放置的轴运动的可行方案，但考虑到紧凑结构，其占据相 当大的空间。图3大致地图示了设置有在共同轴上彼此相反运动的质量块 的结构，该结构在某种程度上甚至是浪费的。从图3可以明显地看出，所 述结构几乎占据质量块之间的整个空间，所述结构之前用于主运动的激 励梳状结构。

因此，如何实现一种结构，即在紧凑的同时，还能够比同相更倾向 于工作在反相振动模式，并且然后如何根据反相模式的结果来实现由该 反相所提供的优点(例如去除干扰)，该问题仍未解决。

发明内容

通过根据本发明的实施方式的技术，得到一种解决上述问题和另外 其它相关问题的方案，而即使未彻底解决，也至少降低了这些问题的影 响。

根据本发明的微机械谐振器的特征在与此相关的独立权利要求的特 征部分中述及。

根据本发明的传感器的特征在与此相关的独立权利要求的特征部分 中述及。

根据本发明的交通工具的特征在与此相关的独立权利要求的特征部 分中述及。

根据本发明的导航仪的特征在与此相关的独立权利要求的特征部分 中述及。