专利名称：具有嵌套的线性振荡地震元件的双轴抗震旋转速率传感器的制作方法
具有嵌套的线性振荡地震元件的双轴抗震旋转速率传感器本发明涉及根据权利要求1前叙部分的微机械旋转速率传感器，以及其在机动车中的使用。文档W02008015044提供了一种旋转速率传感器，其由两个经由弹簧而彼此耦合的嵌套的地震元件组成。两个元件具有相同的质量。在驱动模式中，两个质量块(mas s) 在χ方向逆相振荡。读取模式的特征是地震质量块在ζ方向远离基板平面逆相振荡，由此允许检测到绕着χ轴的旋转速率。由于质量块平衡且由于它们的重心位于彼此之上这个事实，没有一种模式可直接被线性或旋转干扰直接激发。尽管如此，也存在这样的模式形式， 其中两个质量块在平面上或是离开平面的相同相位中振荡。这些同相模式可轻易地被线性振动直接激发，且这不利地影响旋转速率传感器的操作。弹簧概念仅导致了模式分离，而不是抑制同相模式。尤其地，地震元件是指地震质量块。文档US2004/0154398中的传感器以类似的方式设计，其中读取方向位于y方向， 由此测量绕着ζ轴的旋转速率。同样在这种情况下，旋转速率传感器由两个嵌套的地震元件组成，所述地震元件经由弹簧彼此耦合。两个元件具有同样的质量。在驱动模式中，两个质量块在χ方向逆相振荡。读取模式的特点在于地震质量块在y方向的逆相振荡，由此允许检测绕着ζ轴的旋转速率。由于质量块平衡和由于它们的重心位于彼此之上这个事实， 没有一种模式可被线性或旋转干扰直接激发。尽管如此，也存在这样的模式形式，其中两个质量块在χ和/或y方向同相振荡。这些同相模式可轻易地被线性振动直接激发，且由此不利地影响旋转速率传感器的操作。弹簧概念仅导致了模式分离，而不是抑制同相模式。文档W02004097432、W02008021534、DE102006052522、DE102005051048、US 6892575,EP1832841和W02008051677描述了传感器，其同时测量绕着χ轴和y轴的旋转运动，也就是说，它们不能测量与晶片平面成直角的旋转运动。所提及的传感器原理是单芯片解决方案；也就是说，用于测量正交旋转速率的传感器元件位于相同的单块晶硅片上。而且，它们具有共同的特点，即，对于两个敏感轴都激发单个主运动。这降低了控制系统复杂性；而且，芯片面积比两个单独传感器的情况下的面积要小。当由绕着χ和/或y轴旋转的运动激发了科里奥利力时，振荡被激发，并具有在ζ方向的运动分量。如果目的是为了使用这些传感器来测量绕着ζ轴的旋转速率，传感器必须通过建造和连接技术来安装，也就是说，它们必须通过与平面优选方向-晶片平面成90°角而被安装。这导致了额外成本。EP1918723B1的专利说明书提供了一种回转仪，其可同时测量绕着χ和ζ轴的旋转运动。这又是一种具有单个主模式的单芯片解决方案。但是，这种传感器具有这样的缺点， 即两种读取模式-也被称为第二模式(检测绕着ζ轴的旋转)和第三模式(检测绕着Χ轴的旋转)_可被旋转运动直接激发，这会导致传感器对于环境影响引起的干扰变得敏感。文档W09817973A1提供了一种三轴回转仪。在这种情况下，在驱动模式中，每个以 90°偏移的四个质量块在径向上振荡。这种布置可区别在所有三个空间方向上的科里奥利力。但是，单个质量块不是直接彼此连接的，结果是，与基板平面成直角的线性加速度，例如，导致了单个质量块从基板平面被偏移(deflect)。本发明的目的是提供一种微机械旋转速率传感器，其可检测绕着至少两个敏感轴的旋转速率，且其同时被设计为相对地抗干扰。根据本发明，该目的是通过权利要求1所请求保护的微机械旋转速率传感器实现的。本发明以优选方式基于提出一种微机械旋转速率传感器的思想，该微机械旋转速率传感器包括基面被排列为与笛卡尔坐标系统的χ-y平面平行的基板，旋转速率传感器具有至少一个第一地震质量块和第二地震质量块，第一地震质量块和第二地震质量块被耦合到至少一个驱动装置且被悬置，这样它们被驱动从而在驱动模式中被逆相偏移；旋转速率传感器被这样设计，其可检测绕着至少两个基本上互相正交的敏感轴(z，y)的旋转速率， 其中至少第二地震质量块是框的形式，其针对χ-y平面上的位置，尤其针对地震质量块的静止位置，至少部分地围绕着或扣住(clasp)第一地震质量块。第二地震质量块的框优选地被设计为是关闭的，或者替代地是敞开的，也就是说， 其不会完全地扣住第一地震质量块。第一地震质量块因此优选地，至少针对静止位置，位于形式为框的第二地震质量块中。优选地，至少第一和第二地震质量块中的每个都与两个读取装置关联。术语逆相优选地也指在相反意义(opposite sense)上或线性地或在弯曲路径上在相同的方向具有互逆的方向，尤其是每种情况下针对一对地震质量块的成对地震质量块，尤其优选地是第一和第二地震质量块以及在每种情况下一对额外的地震质量块。相位和逆相每个都可被方便地单独检测，尤其是通过各个单独的读取装置。至少一个驱动装置和/或至少一个读取装置优选地是电容梳状结构或板式结构的形式，驱动装置被静电激发且读取装置静电地检测。优选地，第一和第二地震质量块通过至少一个第一和一个第二耦合装置彼此耦合，这样当检测到绕着第一敏感轴的第一旋转速率时，它们以第一读取模式逆相振荡，且当检测到绕着第二敏感轴的第二旋转速率时，它们类似地以第二读取模式逆相振荡。特别地， 第一和第二耦合装置被设计为不一样。尤其优选的是，旋转速率传感器包括多个第一和多个第二耦合装置，也就是说，出于对称的原因，每种情况下第一和第二类型的多个耦合装置。尤其特别优选的是，旋转速率传感器具有四个第一耦合装置，其例如耦合逆相驱动模式和第二读取模式，以及两个第二耦合装置。有利地，第一和第二耦合装置每个都包括至少一个基本上是刚性的耦合梁，其通过弹簧元件一方面连接到第一地震质量块以及另一方面连接到第二地震质量块，且其尤其地在至少一个扭转弹簧元件上被悬置，该扭转弹簧元件被这样设计使得其允许耦合梁绕着一个或多个轴的旋转偏移，并抑制耦合梁进一步的旋转偏移和所有的平移偏移。至少一个耦合装置-尤其是第一耦合装置，尤其是每个第一耦合装置-的至少一个耦合梁，优选地与两个或更多个读取装置关联，所述读取装置被这样设计和布置，使得其可检测该耦合梁针对第一或第二读取模式在同相和逆相的旋转偏移，在这种情况下它们中的一个是同相的且另一个是逆相的。优选地，这种耦合梁被设计为基本上是c形的，尤其具有在静止状态下基本上与 χ-y平面平行的底面，具有至少两个边段和一个连接段，连接段基本上中心地连接到扭转弹簧元素，这样两个边段可在逆相中被旋转偏移，扭转弹簧元素至少针对绕着y轴的寄生旋转偏移不是完全刚性的，出于该原因与该耦合梁关联的两个读取装置被这样布置使得其纵向边的中心(其基本上沿着两个边段的纵向边的方向)每个都针对与一个边段的纵向边的中心相对的x-y准线而被布置，使得由于这两个边段处于倾斜位置导致的两个边段绕着y 轴的可能的同相旋转偏移基本上不会被两个读取装置检测到，这两个读取装置特别地被安排为在静止状态下平行于两个边段，在每种情况下针对底面。在这种情况下，带有ζ方向分量的弯曲偏移是寄生的或不想要的偏移，例如是由于外部的干扰引起的。有利地，每个耦合装置包括两个耦合梁。就体积和密度的组合来说，第一和第二地震质量块优选地具有基本上一样的质量。旋转速率传感器和第一和第二地震质量块优选地被这样设计和布置，使得针对处于驱动模式的地震质量块的偏移，整个旋转速率传感器的重心基本上处于静止状态。优选地，旋转速率传感器被这样设计，使得第一敏感轴位于x-y平面上，也就是说，位于基板的底面上，特别地第一敏感轴被设计为平行于X轴或y轴，且第二敏感轴Z被设计为平行于ζ轴，也就是说，与基板的底面成直角。有利地，旋转速率传感器的第一和第二地震质量块被设计为通过至少第一和第二耦合装置悬置和耦合，这样它们被悬置，使得它们能够在驱动模式中针对其各自的偏移、 在第一读取模式中针对其各自的偏移以及在第二读取模式中针对其各自的偏移而单独地 (exclusively)移动，且第一和第二地震质量块针对所有其他偏移而刚性地悬置，也就是说，其他方向的所有偏移和第一和第二地震质量块的所有同相的偏移被抑制。优选地，第一耦合装置被这样设计，其推动地震质量块针对驱动模式的逆相偏移并抑制针对驱动模式的同相偏移，且第一和和第二耦合装置被这样设计，使得它们推动地震质量块针对第一和第二读取模式的逆相偏移，并抑制针对第一和第二读取模式的同相偏移，尤其是抑制第一和第二地震质量块的所有同相偏移。优选地，在至少两个读取模式的每个中的第一和第二地震质量块的偏移以重复 (duplicated)和差异(differential)的方式被检测，在每种情况下两个地震质量块中的一个的偏移由两个读取装置针对逆相偏移在相反的意义上被检测，即，对于同相的一个地震质量块和逆相的另一个地震质量块，即，第一和第二地震质量块和/或针对至少一个地震质量块而被偏移的装置每个都与至少两个读取装置关联，每个读取装置被特别设计和布置，这样这两个读取装置中的一个检测电容增加，而另一个读取装置检测电容下降。有利地，两个或更多个读取装置彼此连接或集成在共同的读取装置系统中。旋转速率传感器优选地是在单个芯片上或是一体化地单块地形成的，由此允许两个敏感轴，相对于被分离在两个感测绕着不同轴的旋转速率的两个芯片中时，被更精确得多地彼此对准，因为轴的对准是由微机械生产定义的，其比传统的建造和连接技术要更精确几个数量级，通过该技术两个独立的传感器可针对彼此被对准。而且，处理可检测绕着两个敏感轴的旋转运动的单芯片传感器元件也比处理两个单独的传感器元件更简单。旋转速率传感器优选地具有单个驱动装置，其共同地驱动逆相的旋转速率传感器的第一和第二地震质量块，出于该目的地震质量块被悬置，且尤其地通过第一耦合装置以合适的方式彼此耦合。这导致了控制系统的复杂性要低于具有两个单独驱动单元的两个单独传感器的复杂性，因为驱动振荡和驱动模式(也被称为主振荡)必须在整个操作时间内都被维持，这经常使得锁相环以及闭环幅度控制成为必要。单个驱动装置允许ASIC面积和电流消耗(current draw)以及耗电量的大幅降低，且由此带来更节约成本的信号处理。而且，通过共同使用单个驱动单元也可以节约空间，由此允许更多的传感器位于硅晶片上，从而能更低成本地生产传感器。至少一个驱动装置，尤其是单个驱动装置，刚性地连接到第一或第二地震质量块， 尤其优选地是连接到第一地震质量块。优选地，至少一个驱动装置通过至少一个弹簧元件而耦合到第一或第二地震质量块，这样在驱动单元和第一或第二地震质量块之间的驱动方向上提供了平移耦合，并在所有其他至少平移方向上提供了去耦。驱动装置通过至少一个进一步的弹簧元件被有利地另外悬置在基板上，例如在基板上的锚状物上。这种悬置在这种情况下被设计为在χ-y平面上是刚性的，且在该情况下， 与驱动方向成直角，这样χ-y平面上的驱动装置在输出驱动方向以外的方向的偏移被抑制。如果执行偏移或振荡的能力被限制或变得被限制，例如通过“单独地”或“仅仅地”，所有其他运动都有利地是不可能的。例如，如果仅在y方向的线性偏移是可能的，所有的旋转偏移形式是不可能的，且在χ或ζ方向不可能有偏移。平移偏移或振荡优选地指线性偏移或振荡，反之亦然。特别地，地震元素指地震质量块，反之亦然。本发明也涉及一种用于制造微机械旋转速率传感器的方法。本发明也涉及在机动车中使用旋转速率传感器，尤其是用于检测偏航率(yaw rate)，即，绕着机动车的垂直轴的旋转，以及用于检测侧倾率(roll rate)或俯仰率(pitch rate)。此外，或者可替代地，这种布置优选地也被用于同时测量车辆中的偏航旅和滚转率、 偏航率和俯仰率，或者滚转率和俯仰率。这种信息用来检测和监视ESP中的运动动态情况、 乘员保护和舒适控制系统。用于该领域的传感器必须提供高度的旋转速率测量精确性，以及尽可能低的信噪比。对于这些传感器的进一步要求是对于外界干扰，诸如机械振动和冲击，有较好的抗阻性。此处提出的传感器优选地被这样设计，使得其可符合所有这些要求， 但尤其是振动鲁棒性。进一步的优选实施例将从以下参考附图的示例性实施例的描述变得明显，在这些附图中，作为示例和示意图
图1示出了示例性实施例1的双轴旋转速率传感器的透视图，图2示出了示例性实施例1的平面图，图3示出了具有替代检测的示例性实施例1的平面图，图4示出了示例性实施例1、具有读取装置的主要模式和驱动模式，图5示出了示例性实施例1，不具有读取单元和读取装置的主要模式和驱动模式，图6示出了示例性实施例1-第二模式或第一读取模式，图7示出了示例性实施例1-第三模式或第二读取模式，
图8示出了示例性实施例1-作为寄生的、不想要模式的同相第三模式，图9示出了示例性实施例1-绕着y轴的耦合梁的两个边段的同相、寄生旋转偏移-不敏感检测电极和读取装置，其与第一耦合装置的c形耦合梁关联，
图10示出了示例性实施例1，其具有驱动、驱动监视和饰板结构(trim structures),图11示出了双轴旋转速率传感器的平面图-示例性实施例2，图12示出了示例性实施例2、主要模式和驱动模式，图13示出了示例性实施例2-第二模式或第一读取模式，图14示出了示例性实施例2-第三模式或第二读取模式，图15示出了双轴旋转速率传感器的平面图-示例性实施例3，图16示出了示例性实施例3-主要模式或驱动模式，图17示出了示例性实施例3-第二模式或第一读取模式，以及图18示出了示例性实施例3-第三模式或第二读取模式。示例性实施例1 图1和图2示出了旋转速率传感器，其可检测绕着作为第二敏感轴的ζ轴的旋转速度和旋转速率，以及绕着作为第一敏感轴的y轴的旋转速度和旋转速率。传感器包括两个地震元件，或地震质量块1和地震质量块2，这两个地震质量块被这样布置，使得其重心的坐标重叠。作为示例，两个质量块1和2的质量是相同的，且尽可能地针对被主要惯性轴覆盖的坐标系统平面对称分布。但是，为了补偿不可避免的不对称，地震元素的质量轻微失谐，由此达到更好的振动反应，也可能是有利的。作为示例，一种不可避免的不对称是两个理想地无限地刚性的质量块的实际上不同的刚度反应。两个质量块经由弹簧和梁元件或弹簧元件3、4、5、7和8、9、10、12彼此连接并连接到基板锚状物6和13。弹簧和梁元件或弹簧元件3、4、5、7使得两个地震质量块1和2能够在χ方向自由移动，但是限制了在y和ζ方向移动的自由，这样质量块1和2仅能沿着这些轴针对彼此逆相移动。弹簧和梁元件8、9、10、12允许两个质量块1和2在y方向自由移动， 但是限制了在χ和ζ方向移动的自由，这样质量块仅能沿着这些轴仅针对彼此逆相移动。弹簧和梁元件3、4、5、7和8、9、10、12每个分别包含刚性耦合梁5或10，其经由各个扭转弹簧元件7或12连接到各个基板锚状物6或13。各个扭转弹簧元件7或12在其纵轴方向是刚性的，但是允许绕着其纵轴或绕着ζ轴的旋转。理想地，各个扭转弹簧元件7和 12对于基板平面上和远离基板平面的与其纵轴成直角的偏移来说是尽可能刚性的。各个弹簧元件7和12大致作用在各个耦合梁5或10的重心，耦合梁针对各个弹簧元件7和12的纵轴对称地形成。这确保了各个耦合梁5和10可主要地执行绕着ζ轴的旋转，或绕着弹簧元件7或12的纵轴的旋转，且耦合梁的外端的偏移幅度采取了较小值。耦合梁5的外端经由弹簧元件3和4连接到地震质量块1和2。耦合梁10的外端经由弹簧元件8和9连接到质量块1和2。各个弹簧元件3和4以及8和9被设计为针对各个弹簧元件7或12的纵轴尽可能地对称。它们允许在平面上与各个弹簧元件7和12的纵轴成直角的移动。它们在各个弹簧元件7或12的纵轴的方向是刚性的，且在ζ方向上是尽可能地刚性的，其结果是耦合梁的外端的偏移对应于各个块1和2的偏移。因此，弹簧和梁元件3、4、5、7仅允许两个质量块1和2在y和ζ方向上的逆相线性移动，而弹簧和梁元件8、9、10、12仅允许两个质量块1和2在χ和ζ方向上的逆相线性移动。结果，质量块1和2的以下自然模式是最可能的在χ方向主要模式的逆相线性移动，图4，图5 ；
在ζ方向第二模式的逆相线性移动，图6 ；在y方向第三模式的逆相线性移动，图7。功能原理，主要模式为了测量旋转速度，传感器必须首先在主要模式中被操作，如图5。特征是地震质量块1和2在χ方向针对彼此逆相地线性振荡；在这种情况下，弹簧和梁元件8、9、10、12以及地震质量块1和2之间的质量对称保证了两个质量块的振幅具有相同的幅度。整个装置的重心在主要模式中保持静止。作为示例，主要模式可在电容梳状结构的帮助下被静电激励驱动。第二和第三模式如果传感器绕着ζ轴旋转，表观力(apparent force)作用于移动的质量块上。在这种情况下，具有相同幅度但不同相位角的科里奥利力作用于地震质量块1和2上。相位关系是从在主要移动中的地震质量块1和2的速度的相位角得出的；科里奥利力由此激发了第二模式，见图6。在针对惯性系统的质点m的旋转万的基础上，该惯性系统相对于移动坐标系统以 7的速度移动，科里奥利力是:Jcor = ImvxQ.。如果传感器绕着y轴旋转，表观力作用于移动的质量块上。在这种情况下，科里奥利力作用于地震质量块1和2上，由此激发了第三模式，见图7。在科里奥利力的情况下，第二和第三振荡的偏移尤其地与产生它们的各个旋转速度Qzancmy是成比例的。作为示例，可由电容元件检测偏移，该电容元件将机械偏移转化为电容信号。读取结构和读取装置，第二检测元件16和17检测质量块1和2在y方向的偏移。检测单元是电容梳状结构的形式-其特征是重叠区域以及移动结构和连接到基板的相反电极间的距离。当移动结构在y 方向偏移时，板之间的距离以及因此电容都发生了变化。偏移元件16和17对于每个地震质量块1和2包含了相同数量的同样的电容结构，且它们被这样安排，使得当质量块1和2 逆相偏移时，产生了与偏移成比例的电容信号。各个检测元件16或17对于质量块1和2的逆相偏移是不敏感的。于是电容信号16和17之间的差异被用来度量科里奥利力的强度。 这种类型的减法过程消除了寄生信号，其出现在两个检测路径中的相同相位，例如，由两条路径上的电气干扰引起的信号。这种类型的读取仅检测了第二模式，且对于其他的自然模式来说是不敏感的，其中质量块1和2在y轴的方向中同相移动。梳状结构的不同布置和适应性信号评估也是可能的。第三检测元件或读取装置18和19检测质量块1和2在ζ方向的偏移，且被连接以使得元件18和19的电容变化之间的差被用作输出信号。这种类型的读取仅检测了第三模式，且对于质量块1和2在ζ方向的同相移动是不敏感的。可替代的第三检测弹簧和梁装置8、9、10、12可以具有与弹簧和梁结构3、4、5、7类似的矩形耦合梁。 但是，在示出的情形中，耦合梁是C形状的，从而存在空间用于额外出现的表面上的读取电极或读取装置。读取装置20和21检测耦合梁10在ζ方向上的偏移，这是在第三模式期间当耦合梁10绕着χ轴旋转时产生的。它们被连接，从而元件20和21的电容变化之间的差被用作输出信号。这一类型的读取仅检测第三模式，并对质量块1和2在ζ方向上的同相移动不敏感。读取电极的相邻位置减少了对电极本身的外部干扰影响，因为任何干扰影响对两个电极的作用都是相同程度的，并被差分原理(differential principle)消除。此外， 通过耦合梁对电极几何布局的刚性耦合引起电容信号的最佳耦合。与C形耦合梁10组合的检测电极20和21的另一优势是该读取结构对图8的同相第三模式不敏感。正如所提及的，同相第三模式被所选择的弹簧装置向高频率转移。如果弹簧元件8和9在ζ方向上被同相偏移，转矩绕着y轴作用在耦合梁10上，由此耦合梁绕着y轴旋转。给定弹簧和梁装置8、9、10、12以及电极20和21的合适的尺寸，耦合梁在该情形下大致绕着与y轴观平行的轴旋转，从而该旋转不会产生任何电容信号。参照图9， 旋转轴的χ坐标在该情形下由电极20和21的区域的形心(centroid)定义，且ζ坐标由移动结构的重心定义。作为示例，c形的耦合梁10具有两个边段40、41以及连接段42。与该耦合梁关联的两个读取装置20、21被安排，使得其纵向边的中心43 (基本上在两个边端 40、42的纵向边的方向上)每个关于χ-y准线被安排(该χ-y准线与边段中的一个的纵向边的中心43相对)，从而由这两个边段位于倾斜位置而引起的、两个边段绕着y轴的可能的同相旋转偏斜基本上不会被两个读取装置检测到，这两个读设备特别地被布置为在静止状态下与两个边段平行(在每种情形下是相对于基本表面)。另外的致动器和检测器还需要另外的电机械结构用于传感器的操作。在该情形下，需要驱动装置或驱动设备14用于操作。这可以直接作用于质量块1、质量块2或两个质量块上。驱动监视结构 15通常被用于监视主要振荡并可以以和驱动装置14相同的方式作用于质量块1、质量块2 或两个质量块上。至少可以布置两个驱动监视结构，从而单独的电容之间的差是主要移动期间的偏移的度量，由此χ轴方向上的地震质量块的同相移动保持不被检测到。另外的装置可以被附加到传感器，以便抑制寄生信号(“正交”(quadrature))和 /或影响频率和/或以便基于转动速率来重置振荡(“力反馈”)。作为示例，图10示出了， 例如用于第二振荡器23和第三振荡器22的结构。示例性实施例2+3，设计图11示出了根据示例性实施例1描述的旋转速率传感器，其驱动单元被去耦。框架通过弹簧元件M连接到内部地震质量块1，驱动和驱动监控结构的移动部分被刚性地附加到该框架。在该情形下，弹簧元件M在驱动方向X轴上具有高弹簧刚度，但在y和Z轴方向上尽可能柔软。此外，驱动单元经弹簧元件沈被附加到基板锚状物27，该弹簧元件沈允许在驱动方向的移动，但在y和ζ轴方向上是尽可能刚性的。这使得去耦的驱动单元能够以与内部地震质量块1相同的幅度来完成主要移动，如图12中所示。但是，参考图13和图14，驱动框架在第二和第三模式下保持静止。图15示出了根据示例性实施例1描述的旋转速率传感器，其驱动单元被去耦。框架通过弹簧元件M连接到外部地震质量块2，驱动和驱动监视结构的移动部分被刚性地附加到该框架。在该情形下，弹簧元件M在驱动方向χ轴上具有高弹簧刚度，但在y和ζ轴方向上尽可能柔软。此外，驱动和驱动监视单元经弹簧元件沈和基板锚状物27被附加，该弹簧元件沈允许在驱动方向的移动，但在y和ζ轴方向上是尽可能刚性的。这使得去耦的驱动单元可以以与外部地震质量块2相同的幅度来完成主要移动，如图16所示。但是，参考图17和图18，驱动框架在第二和第三模式下保持静止。该类型的解耦具有特殊的优势， 即由驱动(监视)结构中的不对称产生的干扰力不会被直接传送到读模式。
权利要求
1.一种微机械旋转速率传感器，包括基板，其底面被校准为与笛卡尔坐标系统(χ，y， ζ)的X-y平面平行，旋转速率传感器具有至少一个第一地震质量块(1)和第二地震质量块 O)，所述地震质量块被耦合到至少一个第一驱动装置(14)且被悬置，这样第一和第二地震质量块( 被驱动，使得它们在一种驱动模式中被逆相偏移，旋转速率传感器被这样设计使得其可检测绕着基本上互相正交的敏感轴(z，y)的旋转速率，其特征在于至少第二地震质量块( 是框的形式，其针对x-y平面上的位置至少部分地包围第一地震质量块(1)。
2.如权利要求1所述的旋转速率传感器，其特征在于第一和第二地震质量块通过至少一个第一和第二耦合装置而彼此耦合，这样当检测绕着第一敏感轴(y)的第一旋转速率时，它们在第一读取模式中逆相振荡，且在于当检测绕着第二敏感轴(ζ)的第二旋转速率时，它们类似地在第二读取模式中逆相振荡。
3.如权利要求1或2所述的旋转速率传感器，其特征在于第一和第二地震质量块具有基本上相同的质量，且在于旋转速率传感器被这样设计且第一和第二地震质量块被这样设计和布置，使得整个旋转速率传感器的重心在驱动模式中针对地震质量块的偏移基本上保持静止。
4.如权利要求2或3所述的旋转速率传感器，其特征在于旋转速率传感器具有单个驱动装置，其逆相驱动旋转速率传感器的第一和第二地震质量块，出于该目的地震质量块被悬置，且通过第一耦合装置以合适的方式彼此耦合。
5.如权利要求1到4中的至少一个所述的旋转速率传感器，其特征在于旋转速率传感器被这样设计，使得第一敏感轴(y)位于χ-y平面上，也就是说，位于基板的底面上，尤其在于第一敏感轴被设计为平行于χ轴或平行于y轴，且在于第二敏感轴(ζ)被设计为平行于ζ轴，也就是说与基板的底面成直角。
6.如权利要求2到5中的至少一个所述的旋转速率传感器，其特征在于旋转速率传感器的第一和第二地震质量块被设计、悬置并被至少第一和第二耦合装置耦合，这样它们被悬置使得它们可在驱动模式中针对其各自的偏移、在第一读取模式中针对其各自的偏移和在第二读取模式中针对其各自的偏移而单独移动，且在于第一和第二地震质量块针对所有其他偏移被刚性地悬置，也就是说，第一和第二地震质量块在其他方向的所有偏移和所有同相偏移被抑制。
7.如权利要求1到6中的至少一个所述的旋转速率传感器，其特征在于以重复和差异的方式检测在至少两个读取模式的每个中第一和第二地震质量块的偏移，在每种情况下针对逆相偏移由两个读取装置在相反的意义上检测两个地震质量块中的一个的偏移，也就是说，针对同相的一个地震质量块，且针对逆相的另一个地震质量块，也就是说，第一和第二地震质量块和/或也与至少一个地震质量块一起偏移的装置每个都与至少两个读取装置关联，该至少两个读取装置每个被特别设计和布置，这样这两个读取装置中的一个检测电容增长，而另一个检测电容下降。
8.如权利要求2到7中的至少一个所述的旋转速率传感器，其特征在于第一和第二耦合装置每个包括至少一个基本上是刚性的耦合梁，其通过弹簧元件一方面被耦合到第一地震质量块且另一方面被耦合到第二地震质量块，且被特别地悬置在至少一个扭转弹簧元件上，该扭转弹簧被这样设计使得其允许耦合梁绕着一个或两个轴的旋转偏移，并抑制耦合梁的其他旋转偏移和所有平移偏移。
9.如权利要求8所述的旋转速率传感器，其特征在于第一耦合装置被这样设计，使得其推动地震质量块针对驱动模式的逆相偏移并抑制针对驱动模式的同相偏移，且在于第一和第二耦合装置被这样设计，使得其推动地震质量块针对第一和第二读取模式的逆相偏移并抑制针对第一和第二读取模式的同相偏移，尤其地抑制第一和第二地震质量块的所有同相偏移。
10.如权利要求8或9所述的旋转速率传感器，其特征在于至少一个耦合装置的至少一个耦合梁与两个或更多个读取装置关联，所述读取装置被这样设计和布置使得它们可检测该耦合梁针对第一和第二读取模式的同相和逆相旋转偏移，在这种情况下其中一个是同相的而另一个是逆相的。
11.如权利要求10所述的旋转速率传感器，其特征在于该耦合梁被设计为基本上是 c形的，尤其是具有在静止状态下基本上与χ-y平面平行的底面，具有至少两个边段和一个连接段，连接段基本上中心地连接到扭转弹簧元件，这样两个边段可被逆相旋转偏移，该扭转弹簧元件至少针对绕着y轴的寄生旋转偏移不是完全刚性的，出于该原因，与该耦合梁关联的两个读取装置被这样布置，使得基本上位于两个边段的纵侧方向的其纵侧的中心， 每个针对与一个边段的纵侧的中心相对的x_y准线被布置，使得两个边段绕着y轴的、由这两个边段位于倾斜位置产生的可能的同相旋转偏移基本上不会被两个读取装置检测到，这两个读取装置在每种情况下针对底面，尤其地被布置为在静止状态下平行于两个边段。
12.如权利要求1到10中的至少一个所述的旋转速率传感器，其特征在于至少一个驱动装置刚性地连接到第一或第二地震质量块。
13.如权利要求1到11中的至少一个所述的旋转速率传感器，其特征在于至少一个驱动装置通过至少一个弹簧元件耦合到第一或第二地震质量块，这样在驱动单元和第一或第二地震质量块之间的驱动方向中提供了平移耦合，且在所有其他的至少平移方向中提供了去華禹。
14.如权利要求13所述的旋转速率传感器，其特征在于在这种情况下驱动装置通过至少一个进一步的弹簧元件额外地悬置在基板上，该悬置被设计为在χ-y平面上是刚性的且在该情况下与驱动方向成直角，这样抑制了 x_y平面上的驱动装置在除了输出驱动方向以外的方向上的偏移。
15.如权利要求1到14中的至少一个所述的旋转速率传感器在机动车中的使用，特别是用于检测偏航率，也就是说，绕着车辆的垂直轴的旋转，且用于检测车辆的侧倾率或俯仰率。
全文摘要
一种微机械旋转速率传感器，包括基板，其底面被校准为与笛卡尔坐标系统(x，y，z)的x-y平面平行，旋转速率传感器具有至少一个第一地震质量块(1)和第二地震质量块(2)，所述地震质量块被耦合到至少一个第一驱动装置(14)且被悬置，这样第一和第二地震质量块(2)被驱动，从而它们在一种驱动模式中被逆相偏移，旋转速率传感器被这样设计使得其可检测到绕着基本上互相正交的敏感轴(z，y)的旋转速率，其中至少第二地震质量块(2)是框的形式，其针对x-y平面上的位置至少部分地包围第一地震质量块(1)。
文档编号G01C19/574GK102575934SQ201080039683
公开日2012年7月11日 申请日期2010年9月9日 优先权日2009年9月9日
发明者B·施密德, J·洛曼, R·希瓦拉曼, 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