专利名称：微机械式旋转速率传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及微机械式旋转速率传感器。
背景技术：
在汽车领域中，例如在ESP系统中，微机械式旋转速率传感器用于倾翻感测或用 于导航目的。旋转速率传感器的任务是正确地测量汽车绕旋转轴的运动。一种公知的微机械式旋转速率传感器具有一振动体，该振动体在x-y平面中延伸 并且被置于沿着位于该平面中的空间轴(例如X轴)的直线振荡中。在绕垂直于该平面的 旋转轴(Z轴)的旋转中，科氏力引起该振动体在一个方向(y轴)上的移动，该方向位于与 振荡轴(χ轴)垂直的平面中。该移动可以借助测量电极电容式地检测和分析处理。在该 旋转速率传感器中，旋转轴垂直于振动体的平面(“在平面外(out of plane)”)。这样的 旋转速率传感器例如在DE102006047135A1中公开。另一种公知的微机械式旋转速率传感器具有一振动体，该振动体在χ-y平面中延 伸并且被置于绕垂直于该平面的旋转轴(ζ轴)的旋转振荡中。旋转速率传感器绕χ轴或y 轴的旋转引起该传感器的倾斜。该倾斜可以借助测量电极电容式地检测和分析处理。在该 旋转速率传感器中，所检测的旋转轴在振动体的该平面中(“在平面内(in plane)”)。这 样的传感器例如在DE102006052522A1中公开，该传感器能够检测绕最多两个旋转轴的旋 转。然而对于很多应用而言，检测绕两个旋转轴的旋转是不够的。一个物体例如机动 车的运动更多的是通过六个自由度描述，即通过沿着三个空间轴的运动以及绕这三个空间 轴的旋转描述。在此，现在已经需要这样的汽车传感器系统，其检测所有三个旋转轴，即用 于ESP的绕偏航轴的旋转、用于翻滚检测的绕倾翻轴的旋转、以及用于检测俯仰运动的绕 垂直于这些轴的水平轴的旋转。
发明内容
设有一种微机械式旋转速率传感器，其具有第一旋转速率传感器元件，它输出第一传感器信号，该第一传感器信号含有关于 该旋转速率传感器绕第一旋转轴的旋转的信息，第二旋转速率传感器元件，它输出第二传感器信号，该第二传感器信号含有关于 该旋转速率传感器绕第二旋转轴的旋转的信息，该第二旋转轴垂直于该第一旋转轴，驱动装置，它驱动所述第一旋转速率传感器元件，和耦合部件，它使所述第一旋转速率传感器元件和所述第二旋转速率传感器元件机 械地相互耦合，使得对所述第一旋转速率传感器元件的驱动也引起对所述第二旋转速率传 感器元件的驱动。本发明的基本构思是，两个或更多的旋转速率传感器元件机械地相互耦合，使得 对第一旋转速率传感器元件的驱动通过耦合部件传递到第二旋转速率传感器元件上。以这
4种方式可以省去至少一个驱动装置及其控制装置和电源。此外，这些旋转速率传感器元件 输出的传感器信号由于所述耦合在频率和相位方面是同步的。因此也可以消除分析处理中 的相应冗余并且可以仅仅单一地进行驱动检测和信号检测。第一旋转速率传感器元件可以构造为直线振子并且具有第一振动体，该第一振动 体能够相对于衬底被置于垂直于所述第一旋转轴的直线振动运动中。所述第二旋转速率传感 器元件可以构造为旋转振子，该旋转振子具有第二振动体，该第二振动体能够相对于所述衬 底被置于一个振动平面中的旋转振动运动中，该振动平面平行于所述第二旋转轴。因此，第一 传感器元件检测绕“在平面外”的轴的旋转，而第二传感器元件检测绕“在平面内”的轴的旋 转，从而通过一个传感器装置能够检测绕两个相互垂直的轴的旋转。所述直线振子和旋转振 子有利地在相同的平面中延伸。“在相同的平面中延伸”在此指的是，在将该平面撑开的方向 上的延伸尺寸明显(例如至少五倍)大于在垂直于该平面的方向上的延伸尺寸。在此有利的是，旋转振子输出两个传感器信号，其中，该第二旋转速率传感器元件 输出第二和第三传感器信号，其中，所述第二传感器信号含有关于绕第二旋转轴的旋转的 信息，该第二旋转轴平行于所述振动平面，所述第三传感器信号含有关于绕第三旋转轴的 旋转的信息，该第三旋转轴平行于所述振动平面并且与所述第二旋转轴不平行。所述第一旋转速率传感器元件可以具有两个直线振子，所述旋转振子可以设置在 这两个直线振子之间。因此，可以提供一种特别紧凑的旋转速率传感器。所述第一旋转速率传感器元件和所述第二旋转速率传感器元件可以组合在一个 唯一的半导体芯片，尤其是硅芯片中。在此有利的是，所述旋转速率传感器元件的振动体在 所述半导体芯片的半导体材料中结构化，并且设置由半导体材料制成的耦合臂作为耦合部 件。这能够实现特别紧凑的布置。因为这些旋转速率传感器元件可以相互平行地制造，所 以也可以实现特别成本有利的制造。半导体臂可以是角形的和/或弯曲的，以使机械载荷最小化。该旋转速率传感器还可以具有多路复用器、信号处理装置和多路分解器，其中，所 述第一和第二旋转速率传感器元件分别向所述多路复用器输出至少一个传感器信号，所述 至少一个传感器信号含有关于绕一个旋转轴的旋转的信息；其中，所述多路复用器在不同 时间(例如周期地)将这些传感器信号中的各一个输送给所述信号处理装置；其中，所述信 号处理装置对输送给它的传感器信号进行处理并且向所述多路分解器输出；其中，所述多 路分解器具有多个输出端，并且将处理后的传感器信号在不同时间(例如周期地)换到或 多路分解到不同输出端上。因此，可以仅单一地设置用于传感器信号的信号处理的电路元 件，从而可以实现电路元件的节省和对芯片上的空间需求的减小。该信号处理装置可以有 利地实施为集成电路并且设置在与第一和第二传感器元件相同的芯片上。该信号处理装置 可以具有例如解调器和低通滤波器，解调器对输送给它的传感器信号解调，低通滤波器对 解调后的传感器信号低通滤波。对机械特性有利的是，第一旋转速率传感器元件和第二旋转速率传感器元件具有 重合的镜像平面或者形成旋转对称的或镜像对称的装置。
图1是根据第一实施方式的旋转速率传感器的示意图。
图2是在y方向上沿着图1中的振动体31的对角线剖开的剖视图。图3是方框图，该方框图示意性地示出根据第一实施方式的旋转速率传感器的结 构。图4是方框图，该方框图示出图3中的信号处理装置60的一个简单的示例。图5是根据第二实施方式的旋转速率传感器的示意图。图6是根据第三实施方式的旋转速率传感器的示意图。图7是根据第四实施方式的旋转速率传感器的示意图。图8是根据第五实施方式的旋转速率传感器的示意图。
具体实施例方式第一实施例图1是根据本发明第一实施方式的旋转速率传感器100的示意图。该旋转速率传感器100具有第一旋转速率传感器元件20和第二旋转速率传感器 元件30，它们通过耦合部件40相互耦合。该旋转速率传感器100设计为具有两个直线振子21-1、21_1的双质量系统。这两 个直线振子21-1、21-1通过弹簧27机械地相互耦合。这两个直线振子21-1、21-1各具有 一个驱动框架22，其中，在驱动框架22的两个相对的侧面上各设有多个驱动电极23。在这 些驱动框架22内部各设有一个检测框架24，所述检测框架与驱动框架22通过弹簧元件25 连接。也可行的是，检测框架24通过支承在检测框架24和驱动框架22之间的另一框架以 及相应的弹簧元件与检测框架24连接，以便能够实现检测框架24在χ和y方向上相对于 驱动框架22的自由振动。在检测框架24中设有检测器电极26。这些检测器电极26构成电极栅格。为每个 检测器电极26配置一个或多个(未示出的)定子电极，这些定子电极与检测器电极26平 行地设置在衬底上。每个检测器电极26由此与配置给它的定子电极构成各由一个检测器 电极26和至少一个定子电极组成的电容元件。驱动框架22、设置在驱动框架上的驱动电极23、设置在驱动框架中的检测框架 24、设置在驱动框架和检测框架之间的弹簧元件25和检测器电极26 —起构成一个在x_y 平面中延伸的振动体，该振动体能够相对于衬底在y方向上被置于振动中。此外，与驱动电 极23相对地设置(未详细示出的)反电极。如果在驱动电极23和反电极之间施加适当的 驱动电压(交流电压)，则在驱动框架22上产生y方向上的静电力Flin，如图1中通过实线 双箭头所示。在此，驱动框架22或振动体相对于芯片衬底这样地被支承，使得通过适当地 改变所施加的驱动电压能够将驱动框架置于y方向上的振动之中。如果旋转速率传感器100现在绕ζ轴旋转，则在运动的检测器电极26上作用一个 科氏力Fcotz，这在图1中通过虚线双箭头表示。该科氏力F·引起作用在χ方向上的且使检 测器电极26和它的相邻定子电极之间的距离变化的力。由检测器电极26和定子电极构成 的电容元件的电容量也随之变化。该电容量变化被电容量测量器转换成相应的电压信号， 这些电压信号含有关于该传感器100上的旋转速率的信息。也就是说，第一旋转速率传感 器元件20检测绕一旋转轴的旋转的旋转速率Ω ζ，该旋转轴“在平面外”或者说与所述直线 振子21-1、21-2的振动体所处的平面垂直。
第二旋转速率传感器元件30是旋转振子，其构型在图2中详细示出。该旋转振子 具有盘形的振动体31，该振动体通过例如四个弹簧32与轮毂33连接。这些弹簧32设置在 振动体31的圆形的、中心的空槽内，该轮毂33伸入到该空槽中。轮毂33的与振动体31相 反指向的端部固定地设置在芯片衬底35上。如果第二旋转速率传感器元件30在振动体31绕振动轴的旋转运动期间经受绕旋 转速率传感器元件30的敏感轴(例如χ轴)的旋转Ω χ，则在该振动轴上作用科氏力Fcotx， 该科氏力引起振动体31相对于衬底35表面倾斜或偏摆。在图2中示出了绕χ轴的倾斜。振动体31的倾斜引起振动体的第一端部或边缘36相对于衬底35的间距减小以 及振动体31的与第一端部36相反的第二端部或边缘37相对于衬底35的间距增大。为了 求得这些端部36和37到衬底35的间距的增大和减小，在衬底35上与端部36和37相对 置地构造检测电极38a。端部36、37与各自相应的检测电极38之间的间距的增大和减小引 起由端部36或37与检测电极38a组成的电容元件的电容量的变化。该变化与科氏力Fcotx 成比例。因此，通过测量和分析处理该电容量变化可以推导出第二旋转速率传感器元件绕 敏感轴(在此为χ轴)的旋转运动的旋转速率Ωχ。在该实施例的一种变型中，也可行的是，除了检测电极38a之外，在振动体31的 另一侧上设有另外的检测电极38b。这些另外的检测电极可以例如设置在罩或接收传感器 100的壳体的内侧上。该布置是有利的，因为在此检测电极38a、38b关于振动体31对称地布置。该旋转速率传感器元件30可以这样地设计，使得它不仅检测绕χ轴的旋转，而且 检测绕y轴的旋转。为此，在衬底35的相应位置上与振动体31相对置地设置两个未详细 地示出的、另外的检测电极，通过它们检测绕y轴的旋转。也就是说，例如四个检测电极可 以分别以90°的角度间距沿着振动体31的圆周布置。即，第二旋转速率传感器元件30检 测绕这样一些旋转轴的旋转的旋转速率Ωy，这些旋转轴“在平面内”或者说在这样一 个平面内部，振动体31在该平面中延伸。第一旋转速率传感器元件20和第二旋转速率传感器元件30通过耦合臂40 (耦合 部件)相互连接。这些耦合臂40的一个端部分别与驱动框架22中的一个连接，它们的另 一个端部与振动体31的圆周连接。在本实施例中，耦合臂40角形地构造，然而它们也可以 弯曲地构造。在此尤其可以这样地选择耦合臂的形状，即在工作中耦合臂40上的机械应力 很小，同时实现用于使第一和第二传感器元件20和30耦合的适当弹簧常数。这些耦合臂 40可以具有例如约2微米的宽度。耦合臂40使第二旋转速率传感器元件30机械地耦合到第一旋转速率传感器元件 20上。如果通过在驱动电极23和与其相对置的检测电极之间施加驱动电压将第一旋转速 率传感器元件20置于振动之中，则两个直线振子21-1、21-2相互逆平行地在+y方向或-y 方向上振动。因此，耦合臂40也相互逆平行地运动，由此在振动体31上作用转矩Frat并且 使通过轮毂33支承的振动体31置身于旋转振动之中。应注意的是，在此仅仅直接驱动第一传感器元件20。没有为第二传感器元件30设 置自己的驱动装置，从而通过该布置省去了一个驱动装置以及相关的控制装置。驱动框架22、耦合臂40和振动体31处于一个平面中并且能够有利地由一个块件 制成。尤其可行的是，它们由一个块硅制成。在这种情况下，第一传感器元件20和第二传
7感器元件30可以设置在一个唯一的半导体芯片上。为此，可运动的振动体可以蚀刻在硅晶 片的晶片侧上并且部分地从衬底脱开，从而可运动。此外可行的是，用于分析处理由传感器 元件20和30输出的传感器信号的分析处理电子装置也安置在与传感器元件20和30相同 的芯片上。因此，能够实现旋转速率传感器的紧凑布置。图3是方框图，其示意性示出了根据第一实施例的旋转速率传感器100的构型和
信号流。图3中所示的旋转速率传感器100包括驱动装置10、第一旋转速率传感器元件 20、第二旋转速率传感器元件30、多路复用器50、信号处理装置60和多路分解器70。这些 部件能够以组合的结构方式设置在一个唯一的半导体芯片上，这能够实现旋转速率传感器 100的特别紧凑的构造。驱动装置10与一个(未示出的)芯片内部的电压源连接并且以上述方式(即通 过在驱动电极23和相对置的反电极之间施加电压)驱动第一旋转速率传感器元件20。因 此，第一旋转速率传感器元件20被置于振动中。该振动通过耦合部件40机械地传递到第 二旋转速率传感器元件30上，该第二旋转速率传感器元件30因此同样被置于振动中。由检测器电极26和定子电极构成的电容元件的电容量变化被一个未详细示出的 电容量测量装置或C/U转换器转换成电压信号S1,该电压信号含有关于传感器100绕ζ轴 的旋转速率的信息。该电压信号S1被输送给多路复用器50。如果第一传感器元件20如图 1所示的那样具有两个直线振子21-1和21-2，则对于这些直线振子21-1和21_2中的每一 个产生一个相应的电压信号，由减法器形成这些电压信号之差并且将该差动信号作为电压 信号S1输送给多路复用器50。由振动体31和检测电极38a或38b构成的电容元件的电容量变化被一个未详细 示出的电容量测量装置或C/U转换器转换成电压信号s2，该电压信号含有关于存在于传感 器100的绕y轴的旋转速率QyW信息。电压信号S2同样被输送给多路复用器50。在一 种变换实施方式中，第二旋转速率传感器元件30也可以产生两个电压信号，这些电压信号 分别包含关于存在于传感器100上的绕χ轴的旋转速率Ωχ的信息和关于绕y轴的旋转速 率信息。在这种情况下，两个相应的电压信号S2和S3被输送给多路复用器。多路复用器50接收控制信号Sdemux (其可以与信号Smux相同或者可由该信号导出) 并且根据该控制信号Sdemux周期地在输送给多路复用器的电压信号S1和S2 (或者必要时S3) 之间转换。各个由多路复用器50输出的电压信号被信号处理装置60进一步处理。图4示出信号处理装置60的简单示例。芯片内部的时钟信号CLK被输送给该信 号处理装置60。首先，模拟数字转换器61根据时钟信号CLK将多路复用器50输出的模拟 电压信号转换成数字电压信号。该数字电压信号被解调器62解调。因为旋转速率传感器 元件20和30被以确定的驱动频率f置于振动中，所以它们输出以同样的频率f振荡的传 感器信号。当存在旋转速率时，含有关于存在的旋转速率的信息的信号与这些周期信号叠 加。因此，这些数字化的传感器信号被解调器62解调并且接着通过低通滤波器63滤波，以 获得基带中的相应信号分量。滤波后的信号被输出给多路分解器70。滤波后的信号也可以被输送给调节装置64，该调节装置产生调节信号并且将该调 节信号在D/A转换之后反馈给驱动装置10。由此形成调节回路，该调节回路对所输出的传 感器信号进行调节。
多路分解器70接收控制信号Smux并且根据该控制信号Smux将输送给多路分解器的 传感器信号周期地换到不同的输出端或输出导线上。因此，由多路分解器70输出的第一输 出信号Sal对应于由第一旋转速率传感器元件20检测的、绕ζ轴的旋转速率。而由多路分 解器70输出的第二输出信号Sa2对应于由第二旋转速率传感器元件30检测的、绕y轴的旋 转速率。如果该第二旋转速率传感器元件30被设计成检测绕两个敏感轴(χ轴和y轴)的 旋转速率，则多路分解器70也可以相应地输出一个第二输出信号Sa2和一个第三输出信号 Sa3，它们分别代表绕χ轴或y轴的旋转速率。第一旋转速率传感器元件20和第二旋转速率传感器元件30的振动通过耦合部件 40机械地相互耦合，使得它们的振动也相互同步并且具有相同的频率和相位。这实现了为 所有的测量轴仅设置一个检测回路。相应地，在该第一实施方式的旋转速率传感器100中 为两个旋转速率传感元件20、30仅仅设置一个信号处理装置60。因此也仅仅设置一个A/ D转换器61、一个解调器62和一个低通滤波器63。也就是说，可以在电路耗费和对半导体 芯片的空间需求方面实现显著的节省，因为不必为这些旋转速率传感器元件中的每一个单 独地设置这些构件。此外，也简化了信号处理所必需的芯片结构，因为对于设置在信号处理 装置60中的构件而言仅需设置一个电流或电压源和仅一个系统时钟CLK。也只需单一地设 置用于监控和调节驱动频率的、在必要时设置的构件。该第一实施例针对以下情况阐述驱动装置10驱动第一旋转速率传感器元件20， 其中，第一旋转速率传感器元件20的振动或激励通过耦合部件40被传递到第二旋转速率 传感器元件30上。然而，在该实施例的一种变型中，也可行的是，驱动装置10不驱动旋转 速率传感器元件20，而是驱动至少一个耦合部件40或也驱动两个耦合部件40。在这种情 况下，驱动电极23并不设置在驱动框架22上，而是设置在耦合部件40的适当位置上，在图 1中例如设置在耦合臂40的水平区段的上侧或下侧上。在这种情况下，通过在驱动电极23上施加适当的驱动电压使耦合部件40在y方 向上振动。因为耦合部件40在其端部处分别与旋转振子30的振动体31或与直线振子 21-1,21-2之一的驱动框架22连接，所以该振动直接传递到旋转振子30和直线振子21_1、 21-2上，使得对耦合部件40的驱动或激励也引起对第一和第二旋转速率传感器元件20、30 的驱动。在此，驱动装置10可以激励两个耦合部件40作逆平行的振动，从而直线振子21-1、 21-2也相互逆平行地振动并且振动体31被置于旋转振动中。第二实施例图5示出根据本发明第二实施方式的旋转速率传感器200的示意图。与第一实施 例中的元件在结构或功能上相同的元件以相同的参考标记表示并且不再详细阐述。这也适 用于以下实施例。根据本发明第二实施方式的旋转速率传感器200具有两个作为第一旋转速率传 感器元件20的直线振子21-1、21-2和两个作为第二旋转速率传感器元件30的旋转振子 30-1和30-2。直线振子21-1通过耦合臂40与其中一个旋转振子30_1机械地耦合，直线 振子21-2通过耦合臂40与另一个旋转振子30-2机械地耦合。这些耦合臂40在一个端部 处分别与一个驱动框架22连接并且在它另一个端部处与相应的振动体31的圆周连接。两 个旋转振子30-1、30-2的振动体31通过弹簧元件80相互机械地耦合。在该实施方式中也仅设有一个驱动装置，该驱动装置通过在驱动电极23和反电
9极之间施加驱动电压而使直线振子21-1、21-2作振动。与第一实施方式不同，在此所述直 线振子21-1、21-2迎着彼此或相互背离地在χ方向上振动。该振动通过耦合臂40传递到 旋转振子30-1和30-2的振动体31上并且在那里转换成旋转振动。旋转振子30-1和30_2 也沿着相反的方向振动。通过该实施方式得到与第一实施方式基本上相同的优点。这些旋转振子30-1和 30-2可以如此地设计，使得其中一个旋转振子30-1检测绕一个旋转轴的旋转Ωχ，另一个 旋转振子30-2检测绕一个与该旋转轴垂直的旋转轴的旋转Ω”但是，这些旋转振子可以 如此地设计，使得旋转振子中的每一个都对应于绕χ轴或y轴的旋转Ωχ、Ωρ在这种情况 下，能够以节省空间的方式实现绕χ轴或y轴的旋转的冗余检测。可以例如对冗余检测的 旋转速率求平均。第三实施例图6示出根据本发明第三实施方式的旋转速率传感器300的示意图。在该旋转速率传感器300中并排成行地设有一个具有两个直线振子21-1、21_2的 第一旋转速率传感器元件20以及两个旋转振子30-1和30-2。在此，两个旋转振子30-1和 30-2设置在这些直线振子21-1、21-2之间并且分别通过一个耦合臂40与相邻的直线振子 21-1,21-2连接。旋转振子30-1和30-2通过一个弹簧元件80相互连接。通过该实施方式得到与第一和第二实施方式基本上相同的优点。第四实施例图7示出根据本发明第四实施方式的旋转速率传感器400的示意图。在该旋转速率传感器400中也并排成行地设有一个具有两个直线振子21-1、21_2 的第一旋转速率传感器元件20以及构造成旋转振子的第二旋转速率传感器元件30。在此， 旋转振子30设置在两个直线振子21-1、21-2之间。耦合臂40使直线振子21_1、21_2分别 与旋转振子30的对置端部连接。通过该实施方式得到与第一和第二实施方式基本上相同的优点。该实施方式还特 别节省空间。此外，该实施方式也由于其旋转对称的布置是有利的。第五实施例图8示出根据本发明第五实施方式的旋转速率传感器500的示意图。在该旋转速率传感器500中，两个直线振子21-1和21-2设置在四个旋转振子 30-1至30-4之间。第一直线振子21-1在其驱动框架22上的一个侧面上通过耦合臂40与 第一旋转振子30-1机械地耦合并且在其另一个侧面上通过耦合臂40与第二旋转振子30-2 机械地耦合。第二直线振子21-2在其驱动框架22上的一个侧面上通过耦合臂40与第三 旋转振子30-3机械地耦合并且在其另一个侧面上通过耦合臂40与第四旋转振子30-4机 械地耦合。第一旋转振子30-1通过弹簧元件80与第三旋转振子30-3机械地耦合。第二 旋转振子30-2通过弹簧元件80与第四旋转振子30-4机械地耦合。直线振子21-1和21_2 也通过弹簧元件27机械地相互耦合。通过该实施方式得到与第一和第二实施方式基本上相同的优点。尤其地，该实施 方式能够实现多个旋转振子在一个芯片上的冗余的但同时节省空间的布置。虽然前面借助优选实施例面描述了以上实施方式，但是它们并不限于此，而是能 以多种多样的方式和方法改进。尤其地，上述构型的各种特征可相互组合。
例如，在以上实施方式中，驱动装置总是设置在直线振子上。但是也可行的是，通 过一个驱动装置驱动该旋转振子或这些旋转振子，并且该旋转运动通过耦合部件传递到一 个或多个非自我驱动的直线振子上。此外，在以上实施方式中，耦合臂40总是与驱动框架22连接。但是也可行的是， 耦合臂40与检测框架24连接。最后示出通过分立部件(解调器、滤波器等)对传感器信号Sl和S2的信号处理。 但是显然，这些部件也可以借助程序控制的处理器、尤其是作为ASIC实现。它们也不必一 定要作为分立部件实现。
1权利要求
微机械式旋转速率传感器(100，200，300，400，500)，具有第一旋转速率传感器元件(20)，它输出第一传感器信号(S1)，该第一传感器信号含有关于绕第一旋转轴的旋转的信息，第二旋转速率传感器元件(30)，它输出第二传感器信号(S2)，该第二传感器信号含有关于绕第二旋转轴的旋转的信息，该第二旋转轴垂直于该第一旋转轴，耦合部件(40)，它使所述第一旋转速率传感器元件(20)和所述第二旋转速率传感器元件(30)机械地相互耦合，和驱动装置(10)，它驱动所述第一旋转速率传感器元件(20)，其中，由于通过所述耦合部件(40)的所述机械耦合，由所述驱动装置(10)对所述第一旋转速率传感器元件(20)的驱动也引起对所述第二旋转速率传感器元件(30)的驱动。
2.微机械式旋转速率传感器(100，200，300，400，500)，具有第一旋转速率传感器元件(20)，它输出第一传感器信号(S1),该第一传感器信号含有 关于绕第一旋转轴的旋转的信息，第二旋转速率传感器元件(30)，它输出第二传感器信号(S2)，该第二传感器信号含有 关于绕第二旋转轴的旋转的信息，该第二旋转轴垂直于该第一旋转轴，耦合部件(40)，它使所述第一旋转速率传感器元件(20)和所述第二旋转速率传感器 元件(30)机械地相互耦合，和驱动装置(10)，它驱动所述耦合部件(40)，其中，由所述驱动装置(10)对所述耦合部 件(40)的驱动也引起对所述第一和第二旋转速率传感器元件(20，30)的驱动。
3.根据权利要求1或2的微机械式旋转速率传感器(100，200，300，400，500)，其中， 所述第一旋转速率传感器元件(20)构造为直线振子(21-1，21-2)并且具有第一振动体 (22-26)，该第一振动体能够相对于衬底(35)被置于垂直于所述第一旋转轴的直线振动运 动中，其中，所述第二旋转速率传感器元件(30)构造为旋转振子并且具有第二振动体(31)， 该第二振动体能够相对于所述衬底(35)被置于在一个振动平面中的旋转振动运动中，该 振动平面平行于所述第二旋转轴。
4.根据权利要求3的微机械式旋转速率传感器(100，200，300，400，500)，其中，所述第 二旋转速率传感器元件(30)输出第二和第三传感器信号(S2，S3)，其中，所述第二传感器信号(S2)含有关于绕第二旋转轴的旋转的信息，该第二旋转轴 平行于所述振动平面，所述第三传感器信号(S3)含有关于绕第三旋转轴的旋转的信息，该 第三旋转轴平行于所述振动平面并且与所述第二旋转轴不平行。
5.根据权利要求3或4的微机械式旋转速率传感器(100，200，300，400，500)，其中，所 述第一旋转速率传感器元件具有两个直线振子(21-1，21-2)，所述旋转振子设置在这两个 直线振子(21-1，21-2)之间。
6.根据以上权利要求之一的微机械式旋转速率传感器(100，200，300，400，500)，其 中，所述第一旋转速率传感器元件(20)和所述第二旋转速率传感器元件(30)组合在一个 唯一的半导体芯片中。
7.根据权利要求6的微机械式旋转速率传感器(100，200，300，400，500)，其中，所述旋 转速率传感器元件(20，30)的振动体在所述半导体芯片的半导体材料中结构化，并且设置由半导体材料制成的耦合臂作为耦合部件(40)。
8.根据以上权利要求之一的微机械式旋转速率传感器(100，200，300，400，500)，其 中，所述旋转速率传感器(100，200，300，400，500)还具有多路复用器(50)、信号处理装置 (60)和多路分解器(70)，其中，所述第一和第二旋转速率传感器元件(20，30)分别向所述多路复用器(50)输 出至少一个传感器信号(S1;S2)，所述至少一个传感器信号含有关于绕一旋转轴的旋转的信 息；其中，所述多路复用器(50)在不同时间将这些传感器信号(SnS2)中的各一个输送给 所述信号处理装置(60)；其中，所述信号处理装置(60)对输送给它的传感器信号进行处理并且向所述多路分 解器(70)输出；其中，所述多路分解器(70)具有多个输出端，处理后的传感器信号(Sal，Sa2)在不同时 间换到不同输出端上。
9.根据权利要求8的微机械式旋转速率传感器(100，200，300，400，500)，其中，所述信 号处理装置(60)具有至少以下部件解调器(62)，该解调器对输送给它的传感器信号(S1, S2)解调；和 低通滤波器(63)，它对解调后的传感器信号低通滤波。
10.根据以上权利要求之一的微机械式旋转速率传感器(100，200，300，400，500)，其中，所述第一旋转速率传感器元件(20)和所述第二旋转速率传感器元件(30)具有重合的 镜像平面。
全文摘要
本发明提供一种微机械式旋转速率传感器(100，200，300，400，500)，具有第一旋转速率传感器元件(20)，它输出第一传感器信号(S1)，该第一传感器信号含有关于绕第一旋转轴的旋转的信息；第二旋转速率传感器元件(30)，它输出第二传感器信号(S2)，该第二传感器信号含有关于绕第二旋转轴的旋转的信息，该第二旋转轴垂直于该第一旋转轴；驱动装置(10)，它驱动所述第一旋转速率传感器元件(20)；和耦合部件(40)，它使所述第一旋转速率传感器元件(20)和所述第二旋转速率传感器元件(30)机械地相互耦合，使得对所述第一旋转速率传感器元件(20)的驱动也引起对所述第二旋转速率传感器元件(30)的驱动。
文档编号G01C19/5712GK101963505SQ20101023692
公开日2011年2月2日 申请日期2010年7月21日 优先权日2009年7月21日
发明者B·库尔曼, C·格克勒, D·C·迈泽尔, J·克拉森, J·弗赖, J·豪尔, M·弗雷德, T·巴尔斯林科, T·欧姆斯 申请人:罗伯特·博世有限公司