改进的陀螺仪结构和陀螺仪的制作方法_2

文档序号:9769069阅读:来源:国知局
成使第一震动质量块100和第二震动质量块102悬挂于平行位置以使得第一震动质量块100的平面表面和第二震动质量块102的平面表面形成质量块平面106。因此,当没有额外的外力作用于震动质量块100、102的平面表面上时,质量块平面106是由悬挂于其初始设计位置的震动质量块100、102的平面表面形成的参考平面。应当理解的是,在变化的条件下并且在陀螺仪的操作期间,震动质量块像这样可以稍后移动并且变形到质量块平面106之外。
[0023]如图1所示,第一弹簧结构件104的元件有利地以图案的形式形成在第一震动质量块100和第二震动质量块102的体积中。第一弹簧结构件104可以包括第一震动质量块100的平面内的第一锚定点108。第一锚定点108指的是适用于将第一震动质量块100附接至陀螺仪的另一本体元件(例如,附接至底层衬底和/或附接至包覆盖)的元件。第一锚定点108可以是例如通过从第一锚定点108的区域的周界去除震动质量块的材料而以图案的形式形成在第一震动质量块100的体积中的区域。第一弹簧结构件104还可以包括附接至第一锚定点108和第一震动质量块100的第一弹簧组件110。第一弹簧组件110可以被构造成使得第一震动质量块100能够绕处于质量块平面106内的第一激励轴112旋转振荡。第一弹簧组件110可以包括例如第一梁形弹簧,该第一梁形弹簧以图案的形式形成在第一震动质量块100的平面中以在第一锚定点108与第一震动质量块100之间延伸。当第一震动质量块100在操作期间绕第一激励轴112振荡时,梁形弹簧可以在第一锚定点108与第一震动质量块100之间扭转地扭曲。
[0024]相应地,第一弹簧结构件104可以包括第二震动质量块102的平面内的第二锚定点114。第二锚定点114指的是适用于将第二震动质量块102附接至另一本体元件(例如,附接至底层衬底和/或附接至包覆盖)的元件。第二锚定点114也可以是例如通过从第二锚定点114的区域的周界去除震动质量块的材料而以图案的形式形成在第二震动质量块102的体积中的区域。第一弹簧结构件104还可以包括附接至第二锚定点114和第二震动质量块102的第二弹簧组件116。第二弹簧组件116可以被构造成使得第二震动质量块102能够绕处于质量块平面106内的第二激励轴118旋转振荡。第二弹簧组件116可以包括例如第二梁形弹簧,该第二梁形弹簧以图案的形式形成在第二震动质量块102的平面内以在第二锚定点114与第二震动质量块102之间延伸。当第二震动质量块102在操作期间绕第二激励轴118振荡时,梁形弹簧可以在第二锚定点114与第二震动质量块102之间扭转地扭曲。
[0025]应当注意的是,梁形弹簧仅为用于第一弹簧组件和第二弹簧组件的示例性结构。在范围内,可以应用其他形状。例如,为了该目的也可以应用围绕相应的锚定点的周向弹簧结构件。
[0026]如图1所示,第一激励轴112和第二激励轴118对准以形成共同主轴120。共同主轴120可以横穿第一锚定点108和第二锚定点114以使得主运动包括震动质量块的相对的两端相对于共同主轴120的翘板式运动。
[0027]在第一弹簧结构件104中,第一弹簧组件110还使得第一震动质量块100能够绕穿过第一震动质量块100的平面并且与质量块平面106垂直的第一检测轴122旋转振荡。相应地,第二弹簧组件116还使得第二震动质量块102能够绕与质量块平面106垂直的第二检测轴124旋转振荡。在梁形弹簧的示例性情况中,梁形弹簧可以经历平面内弯曲并且由此有助于相应的震动质量块的平面内旋转振荡。第一检测轴122和第二检测轴124彼此间隔了非零距离。有利地,检测轴122、124的位置关于震动质量块100、102之间的中心线126对称。
[0028]传感器结构还包括第一激励装置130、132,第一激励装置130、132被配置成驱动第一震动质量块100和第二震动质量块102绕共同主轴120振荡。第一激励装置可以包括被配置成与第一震动质量块100—起移动的第一质量块电极130以及被配置成与第二震动质量块102—起移动的第二质量块电极132。电极130、132可以与附接至盖或衬底的一个或多个电极以电气的方式相互作用,并且作为该电气相互作用的结果而引起其相应的震动质量块100、102绕共同主轴120旋转振荡。
[0029]在图1中,示例性的第一激励装置被示为包括在震动质量块100、102的平面上位置对称的四个电极层区域。应当理解的是,在范围内,可以应用能够对震动质量块产生特定的平面外定向激励力的其他位置和其他激励结构。例如,每个震动质量块可以通过位于震动质量块上或者另一本体部分上的一个电极区域来激励。震动质量块自身可以由导电材料构成,或者包括导电材料的沉积层,并且使得该震动质量块与盖内部或底层衬底上的定子电极相互作用。另外,可以通过例如沉积在形成弹簧的层之上的压电膜来施加压电激励。其他对应的平面外激励结构对于本领域技术人员而言是众所周知的,并且将不在本文中进行详细讨论。
[0030]为了使激励模式振荡在机械上平衡,并且由此消除例如由冲击或振动引起的外部机械干扰,第一震动质量块100的旋转振荡和第二震动质量块102的旋转振荡可以耦合为反相运动。反相运动在这里指的是两个震动质量块的振荡运动,其中,震动质量块以相同频率但以不同相位振荡。有利地,震动质量块以相反相位振荡。
[0031]可以通过连接至第一震动质量块100并且连接至第二震动质量块102的调相弹簧结构件140增强反相耦合。有利地,调相弹簧结构件140是以图案的形式形成在第一震动质量块和第二震动质量块的体积中的区域。假设共同主轴120将第一震动质量块100和第二震动质量块102划分为两个部分。在示例性反相运动中,调相弹簧结构件140的耦合被设置成使第一震动质量块100的一部分在共同主轴的一侧沿一个方向(向上)移动,而第二震动质量块102的一部分在共同主轴120的同一侧向相反方向(向下)移动。
[0032]在图1的示例性配置中,调相弹簧结构件140可以包括通过第三弹簧组件146相互连接的第三锚定点142和基本刚性梁144。第三弹簧组件146可以包括中央弹簧148、第一端弹簧150以及第二端弹簧152,该中央弹簧148将第三锚定点142与刚性梁144的中心点连接,该第一端弹簧150将梁144的第一端连接至第一震动质量块100,该第二端弹簧152将梁144的第二端连接至第二震动质量块102。第一端弹簧150可以被构造成在质量块平面106的方向上是刚性的,并且在与质量块平面106垂直的方向上是挠性的。这将梁144的第一端的运动基本刚性地耦合为第一震动质量块100的运动,并且同时在第一震动质量块100的旋转振荡期间实现梁144的跷板式运动。相应地,第二端弹簧152可以被构造成在质量块平面106的方向上是刚性的,并且在与质量块平面106垂直的方向上是挠性的。这将梁144的第二端的运动基本刚性地耦合为第二震动质量块102的运动,并且同时在第二震动质量块102的旋转振荡期间实现梁144的跷板式运动。
[0033]因此,调相弹簧结构件140确保了在共同主轴120的一侧的、第一震动质量块100的一端和第二震动质量块的一端向相反方向移动,并且由此迫使主模式运动的旋转振荡进入反相模式。
[0034]有利地,陀螺仪结构可以包括不止一个调相弹簧结构件140。例如,图1的陀螺仪结构包括对称地位于共同主轴120的相对的两侧的两个调相弹簧结构件140、154。有利地,梁144与共同主轴120平行。
[0035]震动质量块100、102可以通过親接弹簧(couplingspring) 180彼此连接。親接弹簧180有利地被构造成在主运动中的震动质量块100、102的旋转振荡下沿着共同主轴120扭曲,并且在辅助运动中的震动质量块100、102的旋转振荡下在质量块平面106内弯曲。耦接弹簧180由此将检测到的震动质量块的运动耦合成反相差分模式,该反相差分模式抑制了由外部角冲击引起的质量块的共模偏转。因此,即使在机械严苛的环境中,该耦合确保了格外稳定的操作。
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