[发明专利]微机电陀螺仪装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于检测谐振器微电子陀螺仪、优选微机电系统（MEMS）陀螺仪的输出信号的方法，包括以下步骤：

a）激活悬挂用于旋转震动的第一和第二谐振器质量块的振动面内运动，

b）通过弹性地连接第一和第二谐振器质量块以反相振动的至少一个机械耦合元件，提供第一和第二振动质量块的反相振动。

本发明还涉及一种谐振器微电子陀螺仪，包括：

a）悬挂用于旋转振动的第一和第二谐振器质量块，

b）弹性地连接第一和第二谐振器质量块以反相振动的至少一个机械耦合元件，

c）在用于检测质量块的面外输出运动的每个谐振器质量块中有至少一个正感测电极和至少一个负感测电极，

d）连接到正感测电极和负感测电极的检测电路。

术语“陀螺仪”是指包括用于测量角度的陀螺仪和用于测量角速率的旋转速率陀螺仪的一般术语。

背景技术

有许多用于检测角速率的MEMS装置，如US5,329,815（摩托罗拉），US5,025,346（加州大学），EP0623807（GM）和US5,377,544（摩托罗拉）。

US7,624,494（Challoner等人）公开了一种惯性传感器，其包括热膨胀系数低的微机械加工晶片的中尺度盘式谐振器，该中尺度盘式谐振器用于实质上感测面内振动。刚性支撑件由径向悬架梁在谐振器的中央安装点耦合到谐振器。激励电极在谐振器内部，以激发谐振器的内部面内振动。谐振器内部范围内的至少一个感测电极用于感测谐振器的内部面内振动。

US6,062,082（Guenther等人）公开了一种科式（Coriolis）旋转速率传感器，其具有可移动地悬挂在衬底（基底）上、并且可因加速作用而偏转的摆动结构。该传感器还具有用于产生摆动结构的平面旋转摆动运动的装置。评估装置用于检测受科式加速度规范的摆动结构的偏转。将摆动结构悬挂以进行平面旋转摆动运动。这种结构的问题是在移动质量块的摆动过程中作用于基底板上的净反作用力。

US6,629,460（Challoner）公开了一种包括谐振器的谐振器陀螺仪，该谐振器包括两个主体，每个主体的质量块中心和相对于轴的横向惯性对称性大致一致，并且每个主体被一个或多个弹性元件支撑。该主体共同组成垂直于轴、频率基本相同的振动的两个差分摇摆模式。这两个主体在激发谐振器时实质上没有向基底板传递净动量。陀螺仪进一步包括由一个或多个弹性元件固定于谐振器的基底板。

在抑制测量干扰方面，现有技术不理想。需要降低环境对测量的影响，以使该装置具有更好的灵敏度。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于检测旋转的微机电系统（MEMS）装置，该装置对热机械效用和干扰性的线性加速度的敏感性低，。

根据本发明，上述目的通过包括以下步骤的方法实现。

a）激活悬挂用于旋转振动的第一和第二谐振器质量块的振动面内运动，

b）通过弹性地连接第一和第二谐振器质量块以反相振动的至少一个机械耦合元件，提供第一和第二谐振器质量块的反相振动，

c）检测两个谐振器质量块各自的至少两个正感测电极和两个负感测电极的至少两个正感测电极信号{S21+}、{S11+}和至少两个负感测电极信号{S21-}、{S11-}，以检测质量块的面外运动，

d）基于下式由所述信号的差分检测确定至少一个输出信号Sx_out：

Sx_out=({S21+}-μ{S11+})–({S21-}-μ{S11-})，

其中，

{S21+}，{S21-}=第二质量块的正检测电极和负检测电极的各感测电极信号;

{S11+}，{S11-}=第一质量块的正检测电极和负检测电极的各感测电极信号，

μ=补偿因子。

本发明的差分检测避免（或至少最小化）环境影响和在z方向上的加速力的失真效用。通过补偿因子μ，能够消除两个质量块在给定旋转水平的灵敏度差。灵敏度差可能是起因于两个质量块的不同直径（即，距振动轴线的径向距离）。如果无需补偿，则补偿因子是μ=1。如果需要补偿，则补偿因子不为1。通常情况下，补偿因子在0.2～5的范围内，更优选为0.5～2的范围内。

本发明的优点是可通过已确立的技术来实现。特别是，用于产生和处理电信号的部件和电路，例如：

·用于激活质量块的振动运动的电路，

·用于检测感测电极信号的电路，以及