[发明专利]将惯性传感器的旋转运动转换为其检验质量块的线性运动

说明书

本文公开了用于将旋转运动转换为线性运动的系统和方法。包括旋转驱动的系统可以通过包括联接弹簧的第一结构连接到检验质量块。锚可以通过包括驱动弹簧的第二结构连接到检验质量块。联接弹簧和驱动弹簧可以被配置为当旋转驱动绕第二轴旋转时使检验质量块基本上沿第一轴移动。

背景技术

单片惯性传感器可以包含响应于惯性扰动(诸如加速度和旋转)而移动的检验质量块。一些惯性传感器包含以振荡驱动的检验质量块。线性驱动可以驱动线性振荡中的检验质量块，并且旋转驱动可以驱动旋转振荡中的检验质量块。对于以线性振荡驱动的检验质量块，未与主要测量轴对齐的任何运动分量可以降低传感器的信噪比水平。

发明内容

因此，本文描述了用于将旋转运动转换为线性运动的系统和方法。特别地，本发明可以提供惯性传感器，例如单片和/或微机械和/或微机电系统(MEMS)惯性传感器，其被布置成实现或使用下面描述的方面，并且这些传感器的制造方法和操作方法也是如下所述。

因此，诸如MEMS或其他类型的惯性传感器的系统可以包括检验质量块、被配置为绕z轴旋转的旋转驱动以及将旋转驱动连接到检验质量块的第一结构。第一结构可以包括长轴，该长轴从第一锚到达检验质量块并且当第一结构静止时与y轴对齐，y轴垂直于z轴，以及联接弹簧，其具有沿垂直于长轴的短轴的刚度，沿垂直于长轴的短轴的刚度不同于沿长轴的刚度。该系统可以包括第二结构，该第二结构包括驱动弹簧，该驱动弹簧具有沿y轴的刚度，沿y轴的刚度不同于沿垂直于y轴和z轴的x轴的刚度。该系统还可以包括第二锚，其通过第二结构连接到检验质量块。

联接弹簧和驱动弹簧可以被配置为当旋转驱动绕z轴旋转时使检验质量块基本沿x轴移动。联接弹簧可以被配置为当旋转驱动旋转时弯曲。

检验质量块的质心可以径向地位于驱动弹簧附接到检验质量块所在的点和联接弹簧附接到检验质量块所在的点之间，即与旋转驱动轴的径向距离，其在驱动弹簧附件和联接弹簧附件与旋转驱动轴的相应径向距离之间。驱动弹簧可以在检验质量块上施加基本防止检验质量块绕质心旋转的扭矩。

第一结构可以包括臂。联接弹簧沿短轴的刚度可以基本大于联接弹簧沿长轴的刚度。驱动弹簧沿y轴的刚度可以基本大于驱动弹簧沿x轴的刚度。

该系统可以包括第二驱动弹簧，其连接到检验质量块和第三锚，第二驱动弹簧具有沿y轴的刚度，沿y轴的刚度不同于沿x轴的刚度。

驱动弹簧可以被配置为当旋转驱动绕z轴旋转第一旋转矢量时伸展，并且当旋转驱动绕z轴旋转与第一旋转矢量相反的第二旋转矢量时压缩。

第一结构可以包括驱动框架。联接弹簧沿长轴的刚度可以基本大于联接弹簧沿短轴的刚度。驱动弹簧沿y轴的刚度可以基本大于驱动弹簧沿x轴的刚度。

检验质量可以包括传感器，该传感器被配置为表征检验质量块沿x轴的运动。传感器可以包括梳和/或时域切换结构。传感器可以被配置为确定系统沿x轴的加速度和/或检验质量块沿x轴的速度。

该系统可以包括第二检验质量块，其通过包括第二联接弹簧的第三结构连接到旋转驱动，第三锚，其通过包括第二驱动弹簧的第四结构连接到第二检验质量块。第二联接弹簧和第二驱动弹簧可以被配置为当旋转驱动绕z轴旋转时使第二检验质量块基本沿y轴移动。

联接弹簧可包括连接到臂的一端的第一联接接头、连接到第一联接接头的第一和第二挠臂、以及分别连接到第一和第二挠臂的第一和第二叉。该系统可以包括分别连接到第一和第二叉的第三和第四挠臂、以及连接到第三和第四挠臂和检验质量块的第二联接接头。

驱动弹簧可以包括连接到第二锚的锚叉、连接到锚叉的锚臂、以及连接到锚臂的第一驱动叉。驱动弹簧还可包括连接到第一驱动叉的驱动臂，以及连接到驱动臂和检验质量块的第二驱动叉。