专利名称：具有联接梁的转速传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的转速传感器
(Drehratensensor )、 一种如权利要求17的前序部分所述的用于制造转 速传感器的方法以及所述转速传感器在机动车辆中的应用。
背景技术：
转速传感器通常用于采集系统绕限定轴线的角速度。转速传感器的重 要应用领域是汽车技术，例如在行驶动力控制系统如电子稳定程序(ESP) 或所谓的倾翻检测中。这种对于安全性关键的应用领域对转速传感器提出 特殊的要求。
文献US 6,230,563 Bl描述了 一种Z轴转速传感器，该传感器能采集 绕其Z轴的转速，其中其基底的基面平行于x-y平面(笛卡尔坐标系) 定向。这个转速传感器具有两个振动质量，它们通过一联接梁相互联接， 其中联接梁借助于扭簧悬挂在基底上。振动质量直接悬挂在基底上，其中 这样设计这种悬挂，使其对于转速传感器的驱动模式和读取模式都必须保 证振动质量的可偏转性，由此可以在两个振动模式之间产生不期望的串扰， 该串扰会对测量产生负面影响。
在文献WO 2006/034706 Al中提出，将振动质量悬挂在框架上，框架 本身又悬挂在基底上。由此能够限制该悬桂的自由度，使得例如框架结构 连同振动质量在驱动才莫式下振动，但在读取冲莫式下只有振动质量振动，由 此可以在很大程度上避免这两个振动模式之间的串扰。但振动质量通过所 提出的联接单元的联接对于在测量方向上的平行千扰激励如碰撞敏感。
发明内容
本发明的目的是，改善现有技术并且尤其是避免或减少振动质量的寄 生模式和干扰偏移。
按照本发明，这个目的通过如权利要求1所述的转速传感器和如权利
要求17所述的、用于制造转速传感器的方法得以实现。
从现有技术出发，本发明的构思在于，所述转速传感器具有至少两个 基本元件，这些基本元件分别包括开放或封闭的框架、将框架悬挂在基底 上的悬挂装置、至少一个振动质量和将振动质量在框架上的悬挂装置。另 外，至少两个基本元件通过至少一个联接梁相互联接。
读取装置优选规定用于采集振动质量和/或框架的偏转，振动质量和/ 或框架相应地分别具有至少一个用于采集偏转的装置，它/它们分别配设于 至少一个读取装置。
适宜地，联接梁可以与基本元件的每个部件、如振动质量、框架和/ 或悬挂元件/弹簧元件形成联接。
基底是指转速传感器的基体和/或载体和/或壳体部件，其尤其是形成转 速传感器的晶片的基本无结构的部分。基底特别优选由结晶硅或多晶硅或 者单层或多层半导体材料和/或金属组成。
框架优选是指开放的和/或封闭的框架，其尤其是至少在三侧包围一个 或多个振动质量并且特别优选具有基本上矩形的内周和外周。框架特别优 选关于一个平面至少部分地包围至少一个振动质量。
弹簧元件优选是指扭簧元件或弯曲弹簧元件或设计成不仅可弯曲而且 可扭转的弹簧元件。
驱动模式或初级模式是指转速传感器的固有模式、优选所述至少两个 基本元件的固有振动、特别优选具有谐振频率的振动，转速传感器的基本 元件以该谐振频率尤其是在没有转速影响的情况下振动。
读取模式或次级模式是指优选由于转速和与此相关的科里奥利力的作 用而形成的固有才莫式。
所述转速传感器优选借助于表面微机械(加工技术)(Oberfmchen-mikromechanik)制成。在此通过特别优选的各向异性干法腐蚀(技术) 基本垂直地通过膜将结构腐蚀到膜材料、尤其是硅中。膜基面的平面基本 平行于基底表面延伸。在膜与位于其下面的基底牢固连接的位置上形成固 定点，在这些固定点上又固定有弹簧元件或者不可动的结构。由此可以使 悬挂在弹簧上的刚性体实现自由振动。特别优选通过绝缘层使固定点相互 电绝缘并且可以从外面接触。
所述基底适宜地由硅制成，而膜尤其是由导电的多晶硅或同样由结晶 硅制成。
基底平面或基底的基面优选这样定向，使其平行于笛卡尔坐标系的x
-y平面取向。该坐标系的Z轴垂直于基底平面延伸。坐标轴可以相对于 转速传感器器件的结构和布置尤其是平行地移动。
驱动装置优选是指具有两个相互啮合的、相互间基本电绝缘的梳齿的 梳齿驱动装置，其中 一个梳齿与至少 一个基本元件连接而另 一个与基底连 接。通过将不同电压施加在这些梳齿上可以使它们相对运动。通过至少一 个驱动装置尤其产生驱动模式。
读取装置合理地是指具有至少两个电极或其它的电/电子元件的装置， 联合测量这些电极和/或元件的电容/电容变化和/或测量其相互间的电势 差。尤其是这种读取装置具有相互啮合的、相互间基本电绝缘的梳齿结构， 其中一个梳齿结构固定在基本元件、特别优选框架上和/或一个或多个振动 质量上，和/或固定在联接梁上，而另一梳齿结构固定在基底上。可替代地 或附加地，读取装置尤其是具有电极对。
所述至少一个驱动装置合理地在y方向上驱动所述至少两个基本元 件，其中转速传感器这样设计，使其能采集绕x轴和/或z轴的转速。这种 情况在测量技术上是特别有利的，因为要采集振动质量的、由于科里奥利 力产生的偏转。科里奥利力垂直于驱动方向并垂直于旋转轴作用。
优选的是，联接梁悬挂在至少一个弹簧元件上，该弹簧元件尤其是悬 挂和/或夹紧和/或固定在基底上，以与该基底形成至少一个、特别优选两个 固定点。在此这样设计和夹紧该弹簧元件，使其防止联接梁尤其相对于其重心的平移偏转/偏移。该措施防止和/或抑制有时对测量产生非常不利影响 的干扰偏转/振动。
合理的是，联接梁悬挂在其上的弹簧元件可替代地和/或附加地在转速 传感器的、与基底不同的机体或部件上具有一固定点。
所述联接梁优选基本关于其重心悬挂在至少一个弹簧元件上。尤其是 这个重心同时是联接梁关于其长度的中心点。
合理的是，在其上悬挂联接梁的弹簧元件是扭簧，该扭簧使得联接梁
可以绕z轴和/或x轴旋转地偏转。尤其是这个扭簧在x和/或y和/或z方 向上、特别优选在所有三个空间方向上设计成刚性的。由此有目的地减少 联接梁的自由度，并且可以通过这种具有减少的自由度的公共联接减少或 抑制干扰偏转和/或千扰振动。
所述联接梁的重心优选基本上与转速传感器的重心尤其是在各种情况 下关于x-y平面重合。由此在振动质量振动期间，联接梁的重心保持静止。 所述联接梁相当特別优选悬挂在两个或多个上述的弹簧元件上。 所述联接梁适宜地在两个端部上分别与一个或多个振动质量和/或一 个或多个读取装置和/或一个或多个框架通过一个或多个弹簧元件或直接 联接。通过这种在联接梁与振动质量之间的特殊联接可以限制附加的自由 度和/或这样执行运动，使得可以避免或抑制干扰振动/偏转。相应地防止或 减少在读取^莫式和/或驱动模式中的干扰偏转或振动。
优选的是，所述振动质量分别可绕扭转轴线偏转地悬挂并且该扭转轴 线基本平行于驱动方向延伸。由此可以在很大程度上避免驱动模式影响读 :fiUf莫式。因而防止这些模式之间的串扰。
振动质量中的两个或多个、尤其是所有振动质量优选具有在z方向上 位于由各自的框架撑开/确定的平面和/或空间正平行六面体之外的重心。特 别优选将每个振动质量的一侧、相当特别优选将下侧设计成关于z方向凸 起的。由此可以采集例如绕z轴的转速，该转速引起作用在框架平面方向 上的科里奥利力，因为由于移出的重心还有力分量作用在z方向上。
每个振动质量适宜地配设有一读取装置，由此可以单独地在信号评价/分析和/或处理方面考虑振动质量的偏转/振动。
基本上优选由分别附设于 一基本元件的各振动质量的读取装置的差值 信号和配设于不同的基本元件的读取装置的差值信号确定采集的转速。
能采集绕x轴的转速的转速传感器优选设计成，使得基本元件被在y 向上驱动，其中
-基本元件的框架分别通过在x方向和z方向上基本上是刚性而在y 向上是弹性的弹簧元件悬挂在基底上，
-每个基本元件的振动质量借助于基本上、尤其是仅允许绕y轴扭转 的和/或在z方向上弹性的弹簧元件悬挂在相应的框架上，以及
-联接梁借助于尤其是仅允许绕x轴扭转而在x和z方向上刚性的扭 簧悬挂在基底上，并且在其两个端部的每个端部上借助于弹簧元件与相应 一个基本元件的振动质量联接。
合理的是，能采集绕z轴的和/或绕x与z轴的转速的转速传感器设计 成，使得基本元件被在y方向上驱动，其中
-基本元件的框架分别通过在x和z方向上基本上刚性而在y方向上
弹性的弹簧元件悬挂在基底上，
-每个基本元件的振动质量借助于弹簧元件悬挂在各自的框架上，所
述振动质量特别优选具有在z方向上位于由各自的框架撑开的平面和/或空 间正平行六面体之外的重心，所述弹簧元件基本上、尤其是仅允许绕y轴 的扭转和/或在z方向上是弹性的，以及
-联接梁借助于尤其是仅允许绕x轴扭转而在x和z方向上刚性的扭 簧悬挂在基底上，并且在其两个端部上分別使联接梁的一分离/单独的部件 与联接梁的中间部分借助于基本上在x、 y和z方向上是刚性而允许绕y轴 扭转的扭簧联接，其中联接梁的这两个外侧的分离的部件分别借助于弹簧 元件与相应一个基本元件的振动质量联接。
能采集绕x轴和z轴的转速的转速传感器优选设计成，使得基本元件 被在y方向上驱动，其中
-基本元件的框架分别通过在z方向上基本上是刚性的而在y和x方向上是弹性的弹簧元件悬挂在基底上，
-每个基本元件的振动质量借助于基本上、尤其是仅允许绕y轴扭转 的和/或在z方向上弹性的弹簧元件悬挂在各自的框架上，以及
-联:接梁借助于允许绕x轴和z轴扭转而在x和z方向上刚性的扭簧 悬挂在基底上，并且在其两个端部的每个端部上借助于弹簧元件与相应一 个基本元件的振动质量联接。
所述转速传感器优选设计成微电子机械系统(MEMS)或MEMS模 块构成，其尤其是具有机械和电子装置，用于与其它MEMS模块和/或与 至少一个尤其是集成的电子信号处理电路连接和/或共同作用。
另外，转速传感器的基本元件优选设计成实心的振动质量，因此它们 尤其是没有框架。基本元件和振动质量的这种设计形式特别优选涉及转速 传感器的所有实施形式。
本发明还涉及一种用于制造转速传感器的方法，其中借助于用于由基 底制造微机械系统的制造工艺形成微机械元件，所述基底尤其是由结晶硅 或者一层或多层半导体材料和/或金属组成，其中上述的、特别优选根据实 施例之一的转速传感器至少设计/形成在多个部分(部件)中。
按照本发明的转速传感器规定应用在机动车辆、尤其是机动车辆调节 系统中。
上述的转速传感器可以在不同领域中用于釆集一个或多个转速和/或 借助于相应的信号处理用于采集一个或多个旋转加速度。在此优选应用在 车辆和自动化技术中，尤其是在机动车辆和飞机中，特别优选在各自相应 的调节系统中。相当特别优选将这种转速传感器用作在^L动车辆调节系统 例如ESP中的横摆速度传感器和/或横摆加速度传感器。
由从属权利要求和下面的借助于附图对实施例的说明给出其它优选的 实施形式。
附图以示意图示出图1示出一转速传感器的实施例，该传感器具有两个悬挂在基底上的 振动质量，这两个振动质量通过联接梁联接并且这个联接梁抑制驱动模式 的寄生模式，
图2示出其联接梁可绕x轴扭转的一示例性转速传感器以及联接梁借
助于弹簧元件在振动质量上的连接，
图3示出振动质量与联接梁之间的弹性连接的示例图， 图4示出具有振动质量、没有框架的示例性Z轴转速传感器， 图5示出具有振动质量、没有框架的X-Z轴转速传感器的实施例， 图6示出具有振动质量的基本元件的两种实施形式， 一个借助于扭簧
而另 一个借助于弯曲弹簧悬挂在框架上，
图， 日 1 、 土 、5 、、 ，、、
图8示出具有两个振动质量的基本元件的实施例，以及x和z转速在 这些振动质量上的作用，
图9示出示例的具有移出的重心的振动质量，以及在出现转速时的力 情况，
图10示出具有两个带有移出的重心的振动质量的基本元件的实施例， 以及在出现转速时的力关系，
图11示出关于示例性基本元件的相位的不同示例性信号曲线，
图12示出两个用于抑制寄生驱动模式的转速传感器的实施例， 一个具 有装上框架的振动质量，另一个具有实心的、无框架的振动质量，
图13示出示例的X轴转速传感器，其中每个基本元件各具有两个振 动质量，
图14示出一X-Z轴转速传感器的实施例，该传感器具有四个振动质 量和一个分开的联接梁，
图15示出一示例的X-Z轴转速传感器，该传感器具有一个联接梁， 该联接梁可绕x轴和z轴扭转地悬挂，
图16示出一X-Z轴转速传感器的实施例，其联接梁在每个端部上分别直接与读取装置的梳齿结构相连接。
具体实施例方式
图la)示出一旋转悬挂的刚性联接梁11的悬挂图，该联接梁抑制或 防止振动质量23和24在驱动模式中的不期望的同相偏转。在驱动模式中， 振动质量23和24在y方向上彼此反相振动。图lb )示出联接梁在振动质 量相背运动时的作用方式，而图lc)示出在振动质量23和24相向运动时 的相应的联接原理。在振动质量23和24相背或相向运动时，联接梁11 因此旋转地偏转，更确切地说，绕z轴。图ld)示出联接梁11在振动质 量23和24例如由于千扰而同向地要在y方向上向左运动的情况下的作用 方式。这种运动通过梁元件11由于其在y方向上设计成刚性的悬挂(装置) 而被防止或抑制。在图la)至d)中，振动质量按照示例不是如在另一未 示出的示例中那样悬挂在框架上而是直接悬挂在基底上。
在按照图2的实施例中，这样悬挂联接梁11 ，使其能绕x轴旋转地偏 转。在此，联接梁ll关于其重心和对称点悬挂并且其重心基本与转速传感 器的重心一致。由此，在采集转速时，联接梁11相对于其重心基本保持静 止。振动质量23和24按照示例直接悬挂在基底上。弹簧元件31和32这 样形成和设计，使它们分别允许在两个振动质量23和24与联接梁11之间 的反向扭转偏转。驱动方向沿着y方向(对应于一笛卡尔坐标系)延伸。
在按照图2的一未示出的示例中，振动质量分别悬挂在框架上，该框 架本身又分别借助于弹簧元件悬挂在基底上。
按照图2的示例性弹簧元件31和32的示意结构在图3中示出。在那 里，在振动质量23与联:接梁11之间的弹簧元件31在y和z方向上偏转， 因为联接梁11经历绕x轴的扭转偏转。
在图4中示出一示例的z陀螺仪，即一能采集绕z轴的转速的转速传 感器。振动质量23和24按照示例直接悬挂在基底上并且在一可选择的未 示出的示例中分别悬挂在框架上，框架本身又悬挂在基底上，所述振动质 量通过联接梁11相互联接，该联接梁借助于弹簧元件31和32分别连接在振动质量上。这样悬挂联接梁ll，使其可绕Z轴旋转地偏转，但这种悬挂
在x和y方向上"i殳计成刚性的。当在两个质量上同向作用干扰或干扰激励 时，联接梁11及其悬挂抑制振动质量23和24的不期望的、同向的平移偏 转。联接梁11仅允许振动质量23和24反相偏转。通过按照示例的转速传 感器1的结构来抑制寄生模式。
在一未示出的实施例中，两个振动质量悬挂在一框架上，该框架本身 又在各种情况下悬挂在基底上。
图5示出一示例的X-Z陀螺仪，即一既能采集绕x轴的转速也能采 集绕z轴的转速的转速传感器。联接梁11用于抑制在读取模式中的不期望 的振动和偏转，其中联接梁11这样悬挂，使其可以绕x和z轴旋转地偏转。 按照示例，联接梁ll通过一弹簧元件悬挂在基底上，其中联接梁的悬挂装 置基本上作用于其重心上并且该重心基本上与整个转速传感器1的重心一 致。
在图6a)和b)中以俯视图示出示例的基本元件9。这些基本元件分 别由一封闭的框架7和一振动质量3组成，振动质量分别通过弹簧元件41、 42悬桂在框架7上。在y方向上进行驱动。在图6a)所示的基本元件中， 两个弹簧元件41在x、 y和z方向上设计成刚性的，并且仅允许绕y轴的 扭转。可替代地，在图6b)中所示的基本元件9的两个弹簧元件42设计 成仅可在z方向上弯曲的，此外基本没有自由度。
图7a)示出按照图6a)的示例性基本元件9的示意横剖视图。振动质 量3通过扭簧元件41悬挂在框架7上，其中振动质量3可以绕y轴扭转偏 转。在图7b)中示出在出现绕x轴的转速时的上述基本元件9。绕x轴的 转速通过在x方向上的Dx表示。由于在y方向上的驱动方向和绕x轴的 转速Dx，在z方向上产生科里奥利力Fc,该科里奥利力使基本元件9以 所示的方式在z方向上偏转。在此，基本元件3通过扭簧41的悬挂能够实 现绕y轴的扭转偏转。在图7c)中同样关于示例性的上述基本元件9示出 绕z轴的转速的出现。由于这个转速Qz和在y方向上的驱动方向，在x 方向上也产生科里奥利力Fc。但这个力不致使振动质量3偏转，因为Fc在框架平面(x-y平面)内起作用并且扭簧元件41在x和y方向上设计 成刚性的。
在图8a)中以俯视图示出基本元件9的一个实施例，该基本元件具有 两个振动质量3和4，它们分别借助于两个扭簧元件41悬挂在框架7上。 这样设计这些扭簧元件41，使得它们基本上仅允许振动质量3和4绕y轴 扭转偏转。
在一未示出的可替代的实施例中，振动质量按照图6b)借助于弹簧元 件悬挂，这些弹簧元件基本上仅允许在z方向上偏转，即设计成弯曲弹簧。
图8b)示出按照图8a)的示例性基本元件在未偏转状态下的示意横剖 视图。图8c)示出振动质量3和4在出现绕x轴的转速Qx时的偏转。由 于驱动方向(y方向)和转速Qx，在z方向上产生科里奥利力Fc，该力使 两个振动质量3和4在z方向上相同取向地偏转。在此，将振动质量3和 4悬挂在框架7上的扭簧元件41分别绕y轴扭转。图8d)示出由于绕z 轴的转速Qz引起的科里奥利力Fc对上述按照示例的基本元件的作用。由 于科里奥利力的作用方向在框架7所在的x - y平面内以及关于这个方向设 计成刚性的悬挂装置，振动质量3和4不经历偏转。
在图9a)至c)中，以示意横剖视图示出基本元件的另一实施例。在 此，分别这样设计振动质量3，使得振动质量3的重心50在未偏转的状态 下位于由框架撑开的平面以外或者位于由框架体撑开的空间以外。按照示 例这样设计振动质量3，使得重心50在z方向上位于框架区域以下。振动 质量3基本均质地由一种材料构成，其中振动质量3的下侧设计成凸起的， 并且重心50相对于悬挂点的上平面以基本上为45。的角度移出。振动质量 3通过两个允许绕y轴扭转的扭簧元件41单侧地悬桂在框架7上。图9a) 示出，作用在x方向上的科里奥利力Fc由于振动质量3的移出的重心产生 绕y轴的力矩。图9b)示出由于绕z轴的转速Qz引起的、振动质量3在 z方向上向下的偏转。由该转速Qz和在y方向上的驱动方向，在x方向上 产生科里奥利力Fc，该力按照图9a)产生一绕y轴的力矩。图9c)示出 由于绕x轴的转速Qx引起的、振动质量3在z方向上向上的偏转。由于这个转速和在y方向上的驱动，在z方向上产生一个科里奥利力，该力4吏 振动质量3偏转。
图10a)至c)示出一示例的基本元件，该基本元件具有两个振动质量 3和4,它们设计成与图9中的振动质量3 —致，即具有一凸起的侧面和相 对于框架平面(x-y平面)以45。角向下旋转的、移出的重心。振动质量 3和4分别借助于两个扭簧元件41单侧地悬挂在框架7的右侧和左側。在 此，基本元件在未偏转的状态下总相对于一个平面对称，该平面中心地通 过基本元件3和4间的中心延伸并且垂直于由框架撑开的平面(x-y平 面)。图10a)示出在绕z轴的转速Qz下产生的力。由于在y方向上驱动 振动质量3和4,通过转速Qz在x方向上产生科里奥利力Fc。重心50 分别绕悬挂点以45。角相对于框架平面向下旋转地偏移出，由此产生一个 偏转力Fp。这个力对于左侧的振动质量3向上作用，而对于右侧的振动质 量4向下作用。相应地，振动质量3和4按照在图10b )所示的方式彼此 相反取向地偏转。图10c)示出由于出现绕x轴的转速Cix引起的、振动质 量3和4在z方向上向上的同向的、即相同取向的偏转。该偏转这样实现， 即振动质量3和4净皮在y方向上驱动，产生一绕x轴的转速Qx并由此一 科里奥利力Fc在z方向上向上作用在两个振动质量上。
如果振动质量的质量重心能绕其偏转的扭转轴线平行于驱动轴线并位 于基底平面内，则避免在驱动模式中由于驱动或者根据框架运动引起的振 动质量的偏转。如果不是这种情况并且所述扭转轴线垂直于驱动轴线取向， 则振动质量在驱动模式中以不期望的方式在z方向上偏转或者在z方向上 振动。
在未示出的相对于图9和10可选的实施例中，振动质量分别借助于在 z方向上弹性的弯曲弹簧元件悬挂(图6b))。
图11示出在已起振的/稳定状态中在一绕z轴的转速下关于按照图 10a)的示例性基本元件的相位的不同示例性信号曲线(Verlauf)。图lla ) 示出激励幅值关于相位的曲线，图lib)示出在x方向上的相关科里奥利 力幅值关于相位的曲线，图llc)示出右侧振动质量的相对z振幅(相对于静止状态)，图lid)示出左側振动质量的相对Z振幅(相对于静止状
态)，以及图lie)示出相对电容信号关于相位的曲线，该相对电容信号 是在左侧和右侧振动质量的电容信号上的差值信号。
在图12中示出转速传感器1的两个实施例，及其在驱动模式中在y 方向上经由一联接梁11振动的质量，该联接梁经由扭簧可绕z轴扭转并在 y方向上刚性地悬挂在基底上。联接梁ll的这种悬挂抑制驱动模式的寄生 模式。在图12a)中，振动质量23和24通过曲折的弹簧元件在y方向上 弹性地而在x方向上刚性地悬桂在基底2上。图12b)示出基本元件9、 10， 它们分别通过曲折的弹簧元件在y方向上弹性地而在x方向上刚性地悬挂 在基底2上，分别具有一封闭的框架7，在该框架上分别借助于扭簧悬挂 有两个振动质量3、 4和5、 6。这些扭簧在y和x方向上是刚性的并且可 以绕y轴扭转，由此振动质量3、 4、 5、 6在读取模式中在z方向上偏转。
图13示出一示例的X轴转速传感器1，即一能采集绕x轴的转速的转 速传感器1。这个传感器具有两个基本元件，它们分别通过弹簧元件悬挂 在基底2上。这些弹簧元件在x和z方向上是刚性的，而在y方向上是弹 性的。两个基本元件被一未示出的驱动装置在y方向上激励而反相振动。 两个基本元件分别具有一未完全封闭的框架8，在该框架上通过基本上仅 允许绕y轴扭转偏转的扭簧元件41分别悬挂有两个振动质量3、 4和5、 6。 一个基本元件的两个振动质量3、 4和5、 6分别通过弹簧元件联接在联接 梁12的一个端部上。该联接梁在其重心上悬挂在扭簧15上，该扭簧在基 底2上具有两个固定点。扭簧15在x和z方向上是刚性的并且允许绕x轴 的扭转。联接梁12的这种形式的悬挂抑制读取模式的寄生模式，因为这样 悬挂的联接梁12不允许振动质量3、 4和5、 6在测量方向(z方向)上平 移偏转。取而代之，振动质量3、 4和5、 6的偏转通过联接梁12的旋转偏 转来导向。在出现绕x轴的转速时，产生的在z方向上作用的科里奥利力 使两个基本元件的两个振动质量分别相对于基本元件相反取向地在z方向 上偏转。在此，第一基本元件的两个振动质量3、 4例如在z方向上向上偏 转，而第二基本元件的两个振动质量5、 6在z方向上向下偏转。按照示例，每个振动质量3、 4、 5、 6具有一个评价单元/分析单元，该单元采集在z 方向上的各自的偏转。在转速测量过程中， 一个基本元件的振动质量3、 4 的评价信号^f皮从另一基本元件的振动质量5、 6的评价信号中减去。由此得 到的差值信号是测量信号，其包括关于转速的信息。
在图14中示出一Z轴转速传感器1、即一能釆集绕z轴的转速的转速 传感器l的实施例。这个传感器同样具有两个基本元件，这两个基本元件 分别具有一个开放的框架8，该框架借助于曲折的、在x和z方向上刚性 的而在y方向上弹性的弹簧元件悬挂在基底2上。在各种情况下， 一未示 出的驱动装置激励基本元件在y方向上反相振动(驱动模式)。每个基本 元件具有两个振动质量3、 4和5、 6，这些振动质量分别借助于可绕y轴 扭转的且至少在y方向上刚性的扭簧元件41悬挂在框架8上。基本元件3、 4和5、 6在下侧上i殳计成凸起的，因此它们各自的重心在z方向上向下地 位于由各自的框架撑开的平面或空间正平行六面体以外。这些基本元件例 如在图9和10中示出。基本元件3、 4和5、 6通过联接梁13相互联接。 联接梁13以固定点借助于扭簧元件15悬挂在基底2上，其中这种悬桂允 许绕x轴的扭转，但不允许在x和z方向上的偏转。联接梁13具有一个中 间段，在其重心上联接梁13悬挂在扭簧元件15上。在该中间段的端部上 分别通过扭簧元件安装一边缘段，该扭簧元件允许绕y轴的扭转，但在x、 y和z方向上设计成刚性的。联接梁13的这两个边缘段分别与基本元件的 振动质量3、 4或5、 6通过弹簧元件联接。在采集绕z轴的转速时，在考 虑驱动方向(y方向)的情况下在振动质量3、 4和5、 6上产生在x方向 上的科里奥利力。由于重心按照示例总相对于悬挂点从框架平面在z方向 上向下旋转45。地移出，在振动质量3、 4和5、 6分别作用一个力，该力 在z方向上具有分量。由此振动质量相对于基本元件交叉地并且在各种情 况下(按)每基本元件地在z方向上彼此相反取向地偏转，并且相应地在 读取模式中振动。借助于示例的瞬时快照，振动质量3和6在z方向上向 上偏转，而使振动质量4和5在z方向上向下偏转。由各振动质量3、 4和 5、 6的读取装置S3、 S4、 S5和S6的信号形成一个总信号cj;，，该总信号包含关于转速的〗言息
4，= (S3-S4) - (S5-S6)。
这个^^姿照示例的Z轴转速传感器1也可以选择用作X - Z轴转速传感 器，即用于采集绕x轴的转速和绕z轴的转速。在此，如上所述计算包含 关于绕z轴转速的信息的信号4z， (cJ)Z，= (S3-S4) - ( S5 - S6 ))。 在此，包含关于绕x轴转速的信息的信号cj;x，为4)X，= ( S3 + S4 ) - ( S5 + S6)。
在图15中示出X-Z轴转速传感器l的另一实施例。这个传感器同样 具有两个基本元件，这两个基本元件分别包括一框架8，该框架借助于弹 簧元件在z方向上刚性地而在x和y方向上弹性地悬挂在基底2上。未示 出的驱动装置激励基本元件至在y方向上反相的驱动模式。此外，转速传 感器1具有四个读取装置16，它们可以采集基本元件在x方向上的偏转并 且在x方向上设置在每个基本元件的两侧上。在此，读取装置16的一个梳 齿结构分别与各框架8连接，而另一梳齿结构与基底2连接。每个基本元 件具有两个振动质量3、 4和5、 6,它们通过扭簧元件41可绕y轴扭转地 且相对于三个空间方向刚性地悬挂在框架8上。按照示例，这些振动质量 按照图6和7设计。在一未示出的可替代的实施例中，振动质量按照图IO 设计。振动质量3、 4和5、 6通过联接梁12相互联接。联接梁12在其重 心上借助于弹簧元件15悬挂在基底2上。这种悬挂根据弹簧元件15的设 计结构和夹紧方式允许联:接梁12绕x轴和z轴的扭转，并抑制在x和z方 向上的偏转。绕x轴的转速引起科里奥利力，该力作用在z方向上，相应 地使振动质量在该方向上偏转，并且可以相对于基本元件相互反相地振动。 按照示例，振动质量3、 4在z方向上向上偏转，而振动质量5、 6在z方 向上向下偏转，其中这种偏转的时间历程由未示出的读取装置采集。而绕 z轴的转速引起在x方向上的科里奥利力。该力引M本元件连同振动质 量3、 4和5、 6在x方向上的反相偏转和模式，它们由读取装置16采集。 在此，绕z轴的转速由配设于基本元件的读取装置16的差值信号得出。而 绕x轴的转速由一个基本元件的振动质量3、 4的偏转与另 一基本元件的振动质量5、 6的偏转的差值信号得出。
在图16中示出的转速传感器1同样是一个X-Z轴转速传感器。该传 感器在很大程度上对应于在图15中所述的传感器。但现在读取装置16设 置在另一位置，更确切地说，在联接梁14从转速传感器1的中心开始的延 长线上、在y向上分别设置在振动质量的后面。在此，这些读取装置16 在两侧分别通过一个梳齿结构牢固地与联接梁14的延长端部连接，并通过 另一梳齿结构分别与基底2连接。这些读取装置相应地采集在图15中所述 的在x方向上的、由于绕z轴的转速由科里奥利力引起的偏转。
权利要求
1. 一种转速传感器(1)，包括至少一个基底(2)，其中基底(2)的基面平行于笛卡尔坐标系的x-y平面取向；至少两个基本元件(9，10)，所述基本元件分别具有框架(7，8)、用于将框架悬挂在基底上的悬挂装置、至少一个振动质量(3，4，5，6)和用于将振动质量悬挂在框架(7，8)上的悬挂装置(41，42)；所述转速传感器具有一个或多个用于驱动一个或多个基本元件的驱动装置和一个或多个读取装置(16)，其特征在于，所述至少两个基本元件(9，10)通过至少一个联接梁(11，12，13，14)相互联接。
2. 如权利要求1所述的转速传感器(1)，其特征在于，所述至少 一个驱动装置作用在至少一个框架(7， 8)和/或至少一个基本元件的振动 质量(3， 4， 5， 6)上。
3. 如权利要求1或2所述的转速传感器(1),其特征在于，所述 至少一个驱动装置在y方向上驱动所述至少两个基本元件(9， 10),所述 转速传感器(1)设计成使其能采集绕x轴和/或z轴的转速。
4. 如权利要求1至3中至少一项所述的转速传感器(1)，其特征 在于，所述联接梁(ll， 12， 13, 14)悬挂在至少一个弹簧元件(15)上， 该弹簧元件尤其是夹紧在基底(2)上并与该基底形成至少一个固定点，其 中弹簧元件(15)这样设计和夹紧或固定，使其防止联接梁(ll， 12， 13, 14)的平移偏转。
5. 如权利要求4所述的转速传感器(1)，其特征在于，所述联接 梁(ll， 12， 13， 14)基本上在其重心的区域内悬挂在所述至少一个弹簧 元件(15)上。
6. 如权利要求4或5所述的转速传感器(1)，其特征在于，所迷 至少一个在其上悬挂联接梁(11， 12， 13， 14)的弹簧元件(15)是扭簧， 该扭簧使得联接梁能绕z轴和/或x轴的旋转偏转。
7. 如权利要求1至6中至少一项所述的转速传感器(1),其特征在于，所述联接梁(ll, 12， 13, 14)的重心基本上与所述转速传感器(1) 的重心尤其是在各种情况下关于x-y平面重合。
8， 如权利要求1至7中至少一项所述的转速传感器(1)，其特征 在于，所述联接梁(ll, 12, 13， 14)在其两个端部分别与一个或多个振 动质量(3， 4， 5, 6)和/或一个或多个读取装置(16)和/或一个或多个框 架(7， 8)直接或通过一个或多个弹簧元件联接。
9. 如权利要求1至8中至少一项所述的转速传感器(1)，其特征 在于，所述振动质量(3, 4， 5, 6)分别可绕扭转轴线偏转地悬挂，并且 该扭转轴线基本平行于驱动方向延伸。
10. 如权利要求1至9中至少一项所述的转速传感器(1),其特征 在于，所述振动质量(3， 4， 5, 6)中的至少两个具有在z方向上位于由 各自的框架撑开的平面和/或空间正平行六面体之外的重心(50)。
11. 如权利要求1至10中至少一项所述的转速传感器(1),其特征 在于，每个振动质量(3， 4， 5， 6)配设有一读取装置。
12. 如权利要求1至11中至少一项所述的转速传感器(1)，其特征 在于，采集的转速基本上能由分别配设于一基本元件(9)的各个振动质量(3， 4)的读取装置的差值信号和配设于不同基本元件的读取装置(16) 的差值信号确定。
13. 如权利要求1至12中任一项所述的转速传感器(1)，该转速传 感器(1)能采集绕x轴的转速，其特征在于，基本元件(9, 10)被在y 方向上驱动，其中-基本元件的框架(7,8)分别通过在x方向和z方向上基本上刚性 而在y方向上弹性的弹簧元件悬挂在基底上，-每个基本元件的振动质量(3， 4, 5， 6)借助于基本上允许绕y轴 扭转和/或在z方向上弹性的弹簧元件(41)悬挂在各自的框架(7, 8)上，，-联接梁(12 )借助于允许绕x轴扭转而在x和z方向上刚性的扭簧 (15)悬挂在基底(2)上，并且在其两个端部的每个端部上借助于弹簧元 件与相应一个基本元件的振动质量(3， 4， 5, 6)联接。
14. 如权利要求1至12中至少一项所述的转速传感器(1)，该转速 传感器(1)能采集绕x轴和z轴的转速，其特征在于，基本元件被在y方 向上驱动，其中-基本元件的框架(7， 8)分别通过在x和z方向上基本上刚性而在 y方向上弹性的弹簧元件悬挂在基底上，-每个基本元件的振动质量(3， 4， 5， 6)借助于弹簧元件(41)悬 挂在各自的框架(7, 8)上，所述振动质量分别具有在z方向上位于由各 自的框架撑开的平面和/或空间正平行六面体之外的重心(50)，所述弹簧 元件基本上允许绕y轴的扭转和/或在z方向上是弹性的，-联接梁(13 )借助于允许绕x轴扭转而在x和z方向上刚性的扭簧 (15)悬挂在基底(2)上，并且在其两个端部分别使联接梁的一分离的部 件与联接梁的中间部分借助于在x、 y和z方向上基本上刚性而允许绕y轴 扭转的扭簧联接，其中所述联接梁的所述两个外侧的分离的部件分别借助 于弹簧元件与相应一个基本元件的振动质量(3, 4， 5， 6)联接。
15. 如权利要求1至12中至少一项所述的转速传感器(1),该转速 传感器(1)能采集绕x轴和z轴的转速，其特征在于，基本元件被在y方 向上驱动，其中-基本元件的框架(7， 8)分别借助于在z方向上基本上刚性而在y 和x方向上弹性的弹簧元件悬挂在基底(2)上，-每个基本元件的振动质量(3， 4， 5， 6)借助于基本上允许绕y轴 扭转的和/或在z方向上弹性的弹簧元件(41)悬挂在各自的框架(7, 8) 上，-联接梁(12, 14)借助于允许绕x轴和z轴扭转而在x和z方向上 刚性的扭簧(15)悬挂在基底(2)上，并且在其两个端部的每个端部上借 助于弹簧元件与相应一个基本元件的振动质量(3, 4, 5， 6)联接。
16. 如权利要求1至15中至少一项所述的转速传感器(1),其特征 在于，所述转速传感器设计成微电子机械系统(MEMS)或MEMS模块， 该微电子机械系统或MEMS模块尤其是具有机械和电子装置，用于与其它MEMS模块和/或与至少一个电子信号处理电路连接和/或共同作用。
17. —种用于制造转速传感器(1)的方法，其中借助于用于由基底 制造微机械系统的制造工艺形成微机械元件，所述基底尤其是由结晶硅或 多层半导体材料和/或金属组成，其特征在于，如权利要求1至16中至少 一项所述的转速传感器(1)至少设计在多个部分中。
18. 如权利要求1至16中至少一项所述的转速传感器在机动车辆、 尤其是在机动车辆调节系统中的应用。
全文摘要
一种具有联接梁的转速传感器(1)包括至少一个基底(2)，其中基底(2)的基面平行于笛卡尔坐标系的x-y平面取向；至少两个基本元件(9，10)，所述基本元件分别具有框架(7，8)、将框架悬挂在基底上的悬挂装置、至少一个振动质量(3，4，5，6)和将振动质量悬挂在框架(7，8)上的悬挂装置(41，42)，该转速传感器具有一个或多个用于驱动一个或多个基本元件的驱动装置和一个或多个读取装置(16)，其中所述至少两个基本元件(9，10)通过至少一个联接梁(11，12，13，14)相互联接。
文档编号G01C19/5684GK101443629SQ200780017009
公开日2009年5月27日 申请日期2007年3月12日 优先权日2006年3月10日
发明者B·哈特曼, S·甘特奈尔 申请人:大陆-特韦斯贸易合伙股份公司及两合公司