[发明专利]微转速传感器以及微转速传感器的操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于检测绕正交轴x、y和z的多个转速的微转速传感器，所述微转速传感器包括基底；多个模块，所述模块在平行于基底的平面内安置并且相对于基底能够移位；多个锚固件，所述锚固件用于将模块连接到基底；弹簧，所述弹簧用于将至少一些模块连接到至少一个相邻的模块或连接到至少一个锚固件；驱动元件，所述驱动元件用于沿X方向振荡至少一些模块以便当基底偏转时产生科氏力（Coriolis force）；以及传感器元件，所述传感器元件用于检测由于科氏力产生的模块的偏转，本发明还涉及用于检测绕正交轴x、y和z多个转速的微转速传感器的操作方法，所述微转速传感器包括基底和驱动模块、X-Y传感器模块以及Z传感器模块。

背景技术

使用MEMS技术的传统微转速传感器通过专利公开文献US6,308,567可知，其中驱动模块被驱动以振荡。当绕三个正交的X、Y或Z轴之一出现转速时，模块偏转出驱动平面或绕Z轴旋转。传感器元件与模块相关联以便能够检测偏转。所述偏转基于在相应旋转运动以及模块沿相应方向移位的情况下作用在模块上的科氏力而发生。在该专利公开文献中示出的实施例中，模块由于科氏力被朝向中心驱动并且绕X轴、Y轴或Z轴旋转。与所述模块关联的传感器元件借助于通过改变固定电极与可移位电极间距而出现的电信号检测相应的旋转运动。信号的改变提供了作用在传感器上的转速的信息。

所述实施例的缺点在于这样的传感器对能够导致误测的外力影响非常敏感。所公开的传感器在基底上还需要大的面积。因为各别元件由于温度效应的变形能够轻微地歪曲结果，所以传感器对温度也敏感。

发明内容

因此本发明的目的在于提供一种MEMS微转速传感器，所述微转速传感器具有低的空间需求，相对于外力和温度效应非常稳定，然而还具有非常高的测量精度。

该目的通过具有独立权利要求特征的微转速传感器以及这种微转速传感器的操作方法实现。

根据本发明的微转速传感器用于检测绕正交轴x、y和/或z的多个转速。传感器具有基底和多个模块，模块相对于基底能够移位并且在平行于基底的X-Y平面内安置。还设有多个锚固件，所述锚固件用于将模块连接到基底。至少一些模块借助于弹簧连接到至少一个相邻的模块或连接到至少一个锚固件。至少一些模块具有驱动元件以便激起所述模块沿X方向振荡，以使得在基底偏转的情况下科氏力作用在模块上。由于产生的科氏力导致模块的偏转借助于传感器元件检测。根据本发明，所述模块分成驱动模块、X-Y传感器模块或Z传感器模块。X-Y传感器模块借助于弹簧连接到驱动模块和Z传感器模块。X-Y传感器模块与驱动模块11之间的连接为使得当驱动模块被驱动以沿X方向振荡时，X-Y传感器模块借助于驱动模块被驱动以沿X-Y方向振荡。因此X-Y传感器模块大体上不需要专用的驱动，相反地，它们被驱动模块间接地驱动。在驱动模块沿X方向被移位时，与所述模块相连的X-Y传感器模块借助于弹簧和锚固件在基底上被支承成X-Y传感器不沿X方向而是沿着X轴与Y轴之间的方向被驱动。因此在驱动模块与振荡的X-Y传感器模块之间产生角度偏移。驱动模块的主动（有效）驱动可以非常简单并且占用小空间地沿X方向发生，而X-Y传感器模块不需要主动（有效）驱动。因此提供了传感器节约空间的构造，并且获得了X-Y传感器模块形式的间接被驱动的驱动模块，所述X-Y传感器模块并非专门沿X方向振荡，而且沿X轴呈对角的方向振荡。因而造成了产生科氏力，所述科氏力引起了作为基底绕X轴和/或Y轴转速函数的X-Y传感器模块的旋转。也确保了X-Y传感器模块能够正如驱动模块一样被非常稳定地支承。因此作用在基底或微转速传感器上如冲击形式的外部影响能够非常好地被吸收。因此，各个模块、基底或弹簧受损或者模块与基底彼此接触并因而导致短路的风险非常低。

各个模块的稳定支承同样确保了温度对测量结果没有影响或影响非常小。因为模块和基底的变形很难发生并且因而它们之间的间距很难发生改变，所以由这种温度效应导致的单独模块尤其是X-Y传感器模块或Z传感器模块的变形通过稳定支承被基本上阻止。

因为为了实现这样的驱动运动X-Y传感器模块不再与驱动模块连接，而是借助于弹簧附加地与Z传感器模块连接，因此在绕Z轴出现转速的情况下同样产生科氏力，导致X-Y传感器模块和Z传感器模块绕Z轴旋转。微转速传感器的低灵敏度也使得测量精度相应地高。此外，基底上仅需要小的空间。