[发明专利]音叉式陀螺仪时域惯性传感器

说明书

优先权

本申请要求以下优先权：美国申请号为13/847,539、递交日为2013年3月20日、标 题为“采用滑动平面接近开关的惯性传感器(INERTIALSENSORUSINGSLIDINGPLANE PROXIMITYSWITCHES)”(海军案号#101875)的共同拥有和共同未决的专利申请，其是以下 的部分继续申请案：美国申请号为13/168,603，递交日为2011年6月24日、标题为“用于振荡 扰动的时域测量的装置和方法(ApparatusandMethodsforTimeDomainMeasurement ofOscillationPerturbations)”(海军案号#100809)的专利申请，其内容通过引用以其 整体并入本文。

联邦政府资助的研究和开发

本申请转让给美国政府并且可用于许可用于商业目的。许可和技术查询可以导 向：加州，圣地亚哥，编码72120、空间和海战系统中心，研究和技术应用办公室(邮编 92152)；语音信箱(619)553-5118；ssc_pac_t2navy.mil。海军参考案号101875。

背景技术

本公开涉及时域惯性传感器领域。时域惯性传感器的一个示例是加速度计，其中 通过测量谐波振荡的检测质量体经过预定义参考位置的时间可以确定惯性加速度。

发明内容

在本公开的第一方面，公开了一种时域惯性传感器。在一个实施例中，该传感器包 括支撑结构，该支撑结构包括与x-y-z相互正交的坐标系的x-y平面平行的电极平面，该支 撑结构具有位于x-y平面以内的最大尺寸的特征；以及检测质量体，包括与x-y平面平行的 第一表面。在一种变体中，检测质量体被弹性地耦合到支撑结构，使得第一结构以一定间隙 与电极平面分开，并且该传感器进一步包括驱动器，该驱动器被配置成驱动检测质量体大 体上仅在x方向上相对于支撑结构振荡，使得该间隙在振荡期间并不显著地变化；以及第一 时域接近开关，其被配置成当检测质量体处于相对于支撑结构的第一参考位置时从断开状 态切换到闭合状态。

在另一实施例中，该传感器包括支撑结构，该支撑结构具有与x-y-z相互正交的坐 标系的x-y平面平行的顶表面；检测质量体，被弹性耦合到支撑结构，使得检测质量体被配 置成大体上仅在x-y平面内振荡；驱动器，被配置成驱动检测质量体以相对于支撑结构谐波 振荡；以及多个接近开关，可操作地耦合到支撑结构以及耦合到检测质量体的多个相应的 区段，使得每个接近开关被配置成当检测质量体的每个对应的相应区段在支撑结构的区段 之下经过时从断开状态切换到闭合状态。

在另一实施例中，该传感器包括具有与相互正交的坐标系的第一平面平行的电极 平面的结构，该结构具有位于第一平面以内的最大尺寸的特征；检测质量体，包括与第一平 面基本上平行的第一表面，检测质量体被弹性地耦合到支撑结构，使得第一表面以一定间 隙与电极平面分开；驱动器，被配置成驱动检测质量体以大体上仅在第一方向上相对于支 撑结构振荡，使得该间隙在振荡期间并不显著地变化；以及第一时域接近开关，被配置成当 检测质量体处于相对于支撑结构的第一参考位置时从断开状态切换到闭合状态。

在进一步的方面，公开了一种感测惯性的方法。在一个实施例中，该方法包括驱动 检测质量体以仅在第一维度上相对于支撑结构振荡，使得在第二正交维度上的在检测质量 体与支撑结构之间的间隙在振荡期间并不显著地变化；以及当检测质量体处于相对于支撑 结构的第一参考位置时，从断开状态切换到闭合状态。

附图说明

在若干视图中，利用相同的附图标记指示相同的元件。在附图中的元件并非以等 比例绘制，并且出于清楚的目的对一些尺寸进行了夸大。

图1是时域惯性传感器的实施例的前视图。

图2是时域惯性传感器的实施例的透视图。

图3是时域惯性传感器的实施例的透视图。

图4A是时域惯性传感器的制造步骤的透视图。

图4B是时域惯性传感器的制造步骤的透视图。

图5A是时域惯性传感器的制造步骤的透视图。

图5B是时域惯性传感器的制造步骤的透视图。

图6A是时域惯性传感器的制造步骤的透视图。