專利名稱：可調整克服平動加速度的微陀螺儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于測量角速度的微陀螺儀。更具體來講，本發(fā)明涉及一種不易受外界干擾的微陀螺儀，其可使感測電極與對應的感測平衡架(gimbal)在相同的方向和/或在測量方向上以相同的諧振頻率實現(xiàn)同步，由此消除了由于存在外界平動加速度而出現(xiàn)的多余信號輸出，其中的平動加速度例如是由噪音、振動等干擾造成的。
背景技術：
陀螺儀是一種可檢測角速度的測量裝置，在目前，其被用作對輪船和飛行器進行精確導航的核心部件。近來，微電子機械系統(tǒng)(MEMS)技術領域中的發(fā)展使得在汽車導航裝置中應用陀螺儀、以及將陀螺儀用作高性能攝像機中的手晃補償(hand-oscillation compensating)裝置成為了可能。
陀螺儀基于科氏力(Coriolis force)工作，當在第一軸方向上擺動或轉動的質量受到從與第一軸方向垂直的第二軸方向上施加的作用力而以恒定的角速度轉動時，科氏力便從第三軸方向作用在該質量上。通過測量感測平衡架的位移改變以及電容的改變而檢測出角速度。
參見圖1，圖中表示了一種常規(guī)的、利用MEMS技術的微陀螺儀10，該陀螺儀設置有振蕩平衡架12，其限定出振蕩質量Ma，利用具有預定阻尼力或設置有阻尼器15并且在水平方向、即X軸方向上振蕩的振蕩方向且彈性體13使振蕩質量Ma以諧振頻率fa移動；驅動電極16，其具有驅動梳齒17，該梳齒以預定的間隔設置在振蕩平衡架12的振蕩梳齒14之間并被固定到晶片11上；感測平衡架18，其限定出感測質量Ms，利用具有預定阻尼力或設置有阻尼器23的感測方向彈性體19使感測質量Ms與振蕩平衡架12一起振蕩，然后，通過以恒定的角速度施加轉動力，使感測質量在垂直方向、即Y軸方向上以諧振頻率fs振蕩；感測電極22，其具有電極梳齒21，該梳齒以預定的間隔設置在感測平衡架18的感測梳齒20之間并被固定到晶片11上。
下面介紹具有上述結構的微陀螺儀10的工作原理。首先，由于在驅動電極16上施加了交流電壓，通過振蕩梳齒14和驅動梳齒17使振蕩平衡架12和感測平衡架18以諧振頻率fa在X軸方向上振蕩。
由于微陀螺儀10在外力的作用下以角速度Ω進行轉動，所以振蕩平衡架12和感測平衡架18在Y軸方向上受到科氏力的作用。
科氏加速度的大小由下式確定y··coriolis=2Ω(t)×x·(t)·······(1)]]>式中， 是時間相對振蕩平衡架12在X軸方向上的位移的微分，t為時間。
利用科氏加速度，感測平衡架18借助于感測方向的彈性體19在Y軸方向上發(fā)生振蕩。即使感測平衡架18在Y軸方向上只移動了很微小的距離，例如從幾十納米到幾個納米，感測平衡架18的感測梳齒20與感測電極22的電極梳齒21之間的電容就會發(fā)生變化。因而，就可將檢測出的電壓變化作為角速度的測量值。
但是，除了角速度Ω之外，微陀螺儀10也同樣暴露在外界干擾、如噪音或沖擊的作用下。如果微陀螺儀受到這樣的干擾，則感測平衡架18就會由于平動加速度而移動。平動加速度、尤其是Y軸方向上的，會造成感測平衡架18移動，并因此而感測到無用信號。
更具體來講，在輸入角速度Ω不存在的情況下，感測平衡架18由于受到干擾而振動的過程中，信號的特性可被表達為Acosωat·cosωst ......(2)式中，ωa是振蕩平衡架12的諧振頻率，ωs是感測平衡架18的諧振頻率，A為振幅。
基于上面的公式(2)，按照如下的公式分別表達兩個獨立的頻率分量1/2A[cos(ωa-ωs)t+cos(ωa+ωs)t] ......(3)兩頻率分量中的一個在通過信號檢測電路中的低通濾波器時被去除。另一頻率分量、即1/2A[cos(ωa-ωs)t]卻未被去除掉，因而，即使通過了低通濾波器，該信號仍然存在。原因在于在設計過程中，感測平衡架18的諧振頻率ωs被設定為高于振蕩平衡架12的諧振頻率ωa，以提高靈敏度，由此導致兩頻率之間的差值ωa-ωs相對較小。
因此，如圖2所示，當微陀螺儀1O受到外界沖擊時就會檢測到多余的信號。

發(fā)明內容
本發(fā)明實施例的特征是提供一種微陀螺儀，其不易于受外界干擾的影響，其可使感測電極與對應的感測平衡架在相同的方向上和/或以相同的諧振頻率實現(xiàn)同步，從而可消除由于存在外界平動加速度而產生的多余信號輸出，其中的平動加速度例如是由噪音、振動等干擾造成的。
為了實現(xiàn)上述的特征，本發(fā)明的一個實施例提供了一種可調整克服外界平動加速度的微陀螺儀，其包括振蕩質量，其懸浮在晶片上方，以便在第一方向振蕩；驅動電極，用于使振蕩質量發(fā)生振蕩；感測質量，其與振蕩質量一起進行振蕩，并同時在第二方向上運動，其中，第二方向與第一方向垂直；感測電極，用于檢測所述感測質量的的運動；以及，感測電極支承部分，用于可動地固定感測電極，從而使感測電極隨感測質量在第二方向上移動。
感測電極支承部分可被制為感測電極彈性體，其被彈性地布置在感測電極與晶片之間，用于使感測電極在第二方向上運動。
感測電極在第二方向上的諧振頻率或者與感測質量在感測方向上的諧振頻率相等或近似。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，一種可調整克服外來平動加速度的微陀螺儀包括外平衡架，其懸浮在晶片的上方，以便在第一方向上振蕩；多個第一梳齒單元，它們設置在外平衡架的外側上；至少一個驅動電極單元，其具有多個第二梳齒單元，這些單元以預定的間隔設置在各個第一梳齒單元之間，以便振蕩外平衡架；內平衡架，其被可動地設置在外平衡架中，以便能隨外平衡架一起振蕩，并同時在第二方向上運動，其中，第二方向與第一方向垂直；多個第三梳齒單元，其在第二方向上被設置在內平衡架內部形成的一個或多個部分中；至少一個感測電極單元，其被設置在內平衡架的部分中并具有多個電極梳齒單元，這些單元以預定的間隔設置在部分的第三梳齒單元之間；以及，感測電極支承部分，用于可動地固定感測電極，并使感測電極可隨內平衡架在第二方向上移動。
感測電極支承部分可被制為感測電極彈性梁體，其被彈性地布置在感測電極單元與晶片之間，用于使感測電極單元在第二方向上運動。感測電極彈性梁體可包括錨固件，其被固定到晶片上并向上延伸；彈性水平梁，其被彈性地設置，用于將錨固件的兩側與感測電極單元相連。
感測電極在感測方向上的諧振頻率與內平衡架在第二方向上的諧振頻率相等或者近似。
第一、第二以及第三梳齒單元都包括多個梳齒。
內平衡架的內部可被形成單個或多個部分，多個第三梳齒單元分別被設置在這些部分的兩側，感測電極單元可包括一個或多個感測電極，它們分別被設置到內平衡架內部的單個或多個部分中，感測電極單元還具有多個電極梳齒單元，它們以預定的間隔設置在各個第三梳齒單元之間。


本領域技術人員通過閱讀下文參照附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施例所作的詳細描述，可對本發(fā)明上述的、以及其它的特征和優(yōu)點有清楚的認識，在附圖中圖1是普通微陀螺儀的原理簡圖；圖2中的圖表示出當向圖1所示微陀螺儀施加外部沖擊時所檢測到的信號；圖3是根據(jù)本發(fā)明一實施例的微陀螺儀的原理簡圖；圖4A是單自由度系統(tǒng)的示意圖，用于解釋根據(jù)本發(fā)明一實施例的微陀螺儀的原理，圖4B和圖4C中的圖線表示了所述單自由度系統(tǒng)的單位沖擊以及該沖擊的響應特性；圖5是根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的微陀螺儀的俯視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的微陀螺儀的俯視圖；以及圖7A-E中的圖形表示了當在0.01秒內作用1G的加速度脈沖時，在圖6所示的微陀螺儀中，根據(jù)感測平衡架的諧振頻率f，時間與第一、第二感測電極相對感測平衡架的相對位移之間關系的計算結果；以及，在普通的微陀螺儀中，根據(jù)感測平衡架的諧振頻率f，時間與第一、第二靜止電極相對感測平衡架的相對位移之間關系的計算結果。
具體實施例方式
2002年10月12日提交的、題為“可調整克服平動加速度的微陀螺儀”，的韓國專利申請2002-62301中所公開的全部內容都被本申請所引用。
下面將參照附圖對本發(fā)明作更為全面的描述，在附圖中表示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。但本發(fā)明也可通過其它不同的方式進行實施，而不應當被限定為僅按照本文所列出的實施例進行制造。盡管如此，通過提供這些實施例使本文的公開是充分而完整的，并將向本領域技術人員完全地表達本發(fā)明的范圍。圖中，所有相同的元件都用同樣的附圖標記指代。
圖3示意性地表示了根據(jù)本發(fā)明一實施方式的微陀螺儀100。
根據(jù)本發(fā)明一實施例的微陀螺儀100設置有振蕩平衡架112，其形成振蕩質量Ma，懸浮在晶片111的上方，以便在水平方向、即X軸方向上以諧振頻率fa振蕩；驅動電極116，其被固定到晶片111上，并具有驅動梳齒117，這些梳齒以預定的間隔設置在振蕩平衡架112的振蕩梳齒114之間；感測平衡架118，其形成感測質量Ms，該感測質量被設置成在與振蕩平衡架112一道振蕩的過程中，當受到一個角速度Ω時，以諧振頻率fs在垂直方向、即Y軸方向上振蕩；感測電極122，其被可動地固定到晶片111上，并具有電極梳齒121，這些梳齒121以預定的間隔設置在感測平衡架118的感測梳齒120之間；以及，感測電極支承部分128，用于相對于晶片111可動地固定感測電極122，這樣，在受到外界沖擊作用時，感測電極122可在與感測平衡架118的感測方向相同的方向上移動、即可在Y軸方向上移動。
利用被彈性地設置在振蕩平衡架112與晶片111之間的振蕩方向彈性體113，振蕩平衡架112在X軸方向振蕩。彈性體113設置有預定的阻尼力或阻尼器115。感測平衡架118與振蕩平衡架112一道在感測方向、即X軸方向上振蕩，并由于受到以預定角速度Ω施加的轉動力作用，而在感測方向、即Y軸方向振蕩。
盡管在圖3所示的示例中，振蕩平衡架112的一側處形成有驅動梳齒117，且單個的驅動電極116被制成與振蕩梳齒114相對應，但可以理解還可在振蕩平衡架112的另一側另外制有振蕩梳齒114，且驅動電極116可具有正極驅動梳齒117和負極驅動梳齒117，它們是對稱布置的，并與振蕩梳齒114相對應。
另外，盡管圖3中所示的感測電極122只具有一種極性，但為了降低檢測噪聲、提高檢測精度，也可平行于Y軸方向設置一對正、負電極。在此情況下，由于正、負感測電極的電極梳齒121與感測梳齒120之間的電容是相反的，因而，如果施加外界沖擊，通過計算出正感測電極122所產生電容與負感測電極122所產生電容之間的差值，就可測量出感測平衡架118在Y軸方向上的位移。
可動地固定感測電極122、使其可在Y軸方向上移動的感測電極支承部分128設置有感測電極彈性體124，該彈性體被彈性地設置在感測電極122與晶片111之間。感測電極彈性體124設置有預定的阻尼力或者阻尼器125。
感測電極122在感測方向上的諧振頻率等于或類似于振動平衡架118、即感測質量的諧振頻率。優(yōu)選地，感測電極122在感測方向上的諧振頻率等于振動平衡架118在感測方向上的諧振頻率。
下面將對設定該優(yōu)選條件的原因進行解釋。假定不從外界向圖3所示的微陀螺儀100輸入任何的角速度Ω，但只輸入脈沖沖擊，由于振蕩平衡架112在Y軸方向上的剛性非常大，所以該脈沖的Y軸方向特性將會導致可動的振蕩電極122和感測平衡架118受感測電極彈性體124和感測方向彈性體119的作用而在Y軸方向上移動，其中的感測方向彈性體119被彈性地設置在感測平衡架118和振蕩平衡架112中。感測方向彈性體119設置有預定的阻尼力或者阻尼器123。
感測電極122和感測平衡架118對Y軸方向上脈沖輸入的響應特性與圖4A中所示的單自由度系統(tǒng)的響應特性類似，該單自由度系統(tǒng)具有質量M、彈性系數(shù)k、以及阻尼系數(shù)c。
單自由度系統(tǒng)對圖4B所示單位脈沖輸入的響應特性如下式所示y(t)=e-ξωntmωdsin(ωdt)········(4)]]>式中，ξ=c2mωn,ωd=ωn1-ξ2,ωn=km.]]>從公式(4)可看出，在施加脈沖的情況下，單自由度系統(tǒng)的響應特性被表達為圖4C所示的質量M的諧振頻率。
由于感測電極122和感測平衡架188的響應特性由于Y軸方向脈沖而被表達為諧振頻率的形式，所以，如果感測電極122在感測方向上的諧振頻率等于感測平衡架118在感測方向上的諧振頻率，則感測電極122與感測平衡架118之間的相對位置就能保持恒定，即使在受到Y軸方向脈沖作用的情況下。
更具體地，假定質量為M1、彈性系數(shù)為k1的不受阻尼作用的第一單自由度系統(tǒng)以及質量為M2、彈性系數(shù)為K2的不受阻尼作用的第二單自由度系統(tǒng)分別具有相同的諧振頻率W1和W2，則滿足k1/M1＝k2/M2，且初始位移為零(0)。因而，第一、第二系統(tǒng)的位移隨時間(t)的變化以下式表達x(t)=υ0ωnsinωnt·······(5)]]>式中，υ0為初始速度。
因此，如果初始速度υ0由于施加給第一、第二系統(tǒng)的外界脈沖而在各個系統(tǒng)中相同，則第一、第二系統(tǒng)的響應特性也將完全相同。
例如，假定第一系統(tǒng)的質量M1受到脈沖G的作用，且其速度v在t＝0-時為零，且施加脈沖之后的瞬間時刻為t＝0，則可獲得如下的公式G＝M1v1(t＝0)-M1v1(t＝0-)＝M1v1(t＝0) ......(6)因而，質量M1的初始速度(v1(t＝0))為 假定第二系統(tǒng)的質量M2受到與質量M1不同的脈沖，但卻產生了相同的加速度，質量M1的加速度a、即質量M2的加速度a，滿足關系式M1a=GΔt·GM1Δt.]]>因此，對于質量M2，可獲得如下的公式M2a=M2[υ2(t=0)-υ2(t=0-)Δt=M2υ2(t=0)Δt······(7)]]>相應地，質量M2的初始速度υ2(t＝0)為v2(t=0)=aΔt=GM1ΔtΔt=GM1]]>由于第一、第二系統(tǒng)的質量M1、M2具有相同的初始速度并具有相同的諧振頻率，因而對外界脈沖具有相同的響應特性。
在微陀螺儀100的情況下，具有不同形狀和體積的感測平衡架118和感測電極112在大氣環(huán)境中將具有不同的阻尼系數(shù)c。一旦被封裝在真空中，則感測平衡架118和感測電極122的阻尼系數(shù)c將只受形成這些部件的材質的阻尼特性的影響。結果，感測平衡架118和感測電極122的阻尼系數(shù)c幾乎相等。
如上所述，通過采用被可動地固定到晶片11中的可動感測電極122，并且鑒于感測平衡架118和感測電極122相對外界脈沖具有相同位移的事實，可防止檢測到由外界脈沖帶來的信號。
下面將對根據(jù)本發(fā)明的具有上述構造的微陀螺儀100的工作過程進行描述。
首先，向驅動電極116施加交流電，由于振蕩梳齒114、驅動梳齒117和彈性體113之間分別產生靜電作用力，所以振蕩平衡架112和感測平衡架118在X軸方向上以諧振頻率fa振蕩。
此時，隨著微陀螺儀100在外力作用下以角速度Ω轉動，振蕩平衡架112和感測平衡架118在Y軸方向上受到科氏力的作用，因而，感測平衡架118受感測方向彈性體119的作用而在Y軸方向上振蕩。
由于感測平衡架118在Y軸方向上產生了幾十納米到幾納米的位移，感測平衡架118的感測梳齒120相對感測電極122的電極梳齒121發(fā)生移動。結果，感測梳齒120與電極梳齒121之間的電容發(fā)生改變。因而，就可利用電路(圖中未示出)將電壓信號的變化以角速度的形式檢測出。
假定受到了外界脈沖的作用，由于振蕩平衡架112在Y軸方向上的剛性較大，所以脈沖的Y軸方向分量將只能使感測電極122和感測平衡架118發(fā)生位移。
但是，感測電極122和感測平衡架118對脈沖Y軸方向分量的響應特性由于感測電極彈性體124而可以被表達為相同的諧振頻率，所以，即使受到脈沖Y軸分量的作用，感測電極122和感測平衡架118的位移也相同。因而，分別屬于感測電極122和感測平衡架118的感測梳齒120、電極梳齒121之間的電容就不會受到脈沖Y軸方向分量的影響。這樣，就可避免檢測到由脈沖Y軸方向引發(fā)的信號。
參見圖5，圖中表示了一個根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的微陀螺儀100′。
根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實施例的微陀螺儀100′設置有縱長的振蕩平衡架112′，其被制成為在晶片111′上方懸浮，以便于在水平方向、即X軸方向上振蕩；第一梳狀體114′，其包括多個第一梳齒114a、114b，它們分別以預定的間隔設置在振蕩平衡架112′的上、下兩側(圖5中的上下兩側)；驅動電極單元116′，其包括四個驅動電極器件116a、116b、116c以及116d，這些驅動電極器件具有多個第二梳齒117a、117b、117c以及117d，這些梳齒以預定的間隔設置在第一梳齒114a、114b之間，從而通過電源而使振蕩平衡架112′振蕩；感測平衡架118′，其被設置在振蕩平衡架112′中，以便與振蕩平衡架112′一道在感測方向、即垂直方向或Y軸方向上振蕩；多個第三梳齒120、120b，設置在感測平衡架118′內的上下兩側(圖5)；感測電極單元122′，其具有多個電極梳齒單元121a、121b，它們以預定的間隔設置在第三梳齒120a、120b之間；以及，感測電極支承部分128′，其相對晶片111′可動地固定感測電極單元122′，從而使感測電極單元122′在與感測平衡架118′的感測方向相同的方向上、即Y軸方向發(fā)生振蕩。
通過彈性地設置在振蕩平衡架112′與晶片111′之間的、且?guī)в蓄A定阻尼力的振蕩方向彈性固定部分113′，使振蕩平衡架112′在X軸方向上振蕩。振蕩方向彈性固定部分113′包括四個處于振蕩方向彈性梁體113a、113b、113c和113d，這些彈性梁體被設置在振蕩平衡架112′拐角的附近。
在振蕩平衡架112′左外側和右外側(圖5)上制有梳齒傳感器126，其檢測感測平衡架118′在X軸方向上的振動。梳齒傳感器126包括兩個梳齒傳感器單元126a、126b，這兩個單元具有細長的第五梳齒126a′和126b′，它們被制成分別與制在振蕩平衡架112′左、右外側上的第四梳齒114c、114d相對，從而在利用驅動電極單元116a、116b、116c、116d使振蕩平衡架112′的第一梳齒114a、114b振蕩的過程中防止振蕩電壓沿例如底面的某條路徑傳遞到振蕩平衡架112′等部件上，進而對梳齒傳感器126造成干擾。
驅動電極單元116a、116b、116c以及116d被設計成相互對稱地受到正電壓和負電壓的作用，這樣，當由于在各個梳齒感測單元126a、126b的兩端上施加振蕩電壓而產生交流干擾電壓時，可使正電壓與負電壓相互抵消。例如可這樣來進行設計在驅動電極單元116a、116c上施加正電壓，而在驅動電極單元116b、116d上施加負電壓。由于振蕩平衡架112′幾乎不受到振蕩電壓電位的影響，所以其能穩(wěn)定諧振。
利用彈性地設置在感測平衡架118′與振蕩平衡架112′之間的感測方向彈性固定部分119′，使感測平衡架118′在Y軸方向上振蕩。感測方向彈性固定部分119′包括兩個感測方向彈性梁體119a、119b，它們被設置在感測平衡架118′的兩側，并具有預定的阻尼力。
感測電極單元122′被制成正感測電極或負感測電極，并分別與正、負電極支承部分(圖中未示出)相連，當承受外部脈沖時，感測電極單元122′通過計算出正或負極感測電極122′的電極梳齒121a、121b與感測平衡架118′上第三梳齒120a、120b之間的電容差來檢測感測平衡架118′在Y軸方向上的位移。在采用檢測電容變化的普通電路的情況下，通過檢測電壓信號就能測量出角速度信號，其中的電壓信號與電容的變化成比例。
感測電極支承部分128′被制成感測電極彈性梁體的形式，該彈性梁體具有錨固件或垂直銷柱127′，其被固定到晶片111′的上表面上并向上延伸；彈性設置的彈性水平梁124′，其用于將錨固件127′的上側與感測電極單元122′的上側相連。
如此設計使被感測電極彈性梁體128′支承的感測電極單元122′在感測方向上的諧振頻率與被感測方向彈性梁體119a、119b支承的感測平衡架118′在感測方向上的諧振頻率相同。
因而，當受到Y軸方向脈沖作用時，感測電極單元122′與感測平衡架118′的位移是相同的，結果感測電極單元122′上電極梳齒單元121a、121b與感測平衡架118′的第三梳齒120a、120b之間的電容不會受到脈沖Y軸方向分量的影響。這樣就可防止檢測到由脈沖Y軸分量帶來的信號。
具有上述構造的微陀螺儀100′的工作過程與圖3的原理圖所示的微陀螺儀100幾乎完全相同。因而，略去對其工作過程的描述。
參見圖6，圖中表示了根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的微陀螺儀100′。
根據(jù)該實施例的微陀螺儀100″與圖5所示的本發(fā)明第一實施例類似，區(qū)別僅在于感測平衡架118″被分成了兩個部分118a、118b，且感測電極單元122″被布置在兩部分118a、118b之間。
感測平衡架118″設置有多個第三梳齒120a′、120b′、120c、120d，在感測方向上，這些梳齒分別位于對應部分118a、118b的上、下兩側(圖6)。
感測電極單元122″包括第一、第二感測電極122a和122b，它們分別設置在兩部分118a、118b中。
第一、第二感測電極122a、122b設置有多個電極梳齒單元121a′、121b′、121c、121d，它們被設置在部分118a、118b上各個第三梳齒120a′、120b′、120c、和120d之間，并以預定的間隔與第三梳齒120a′、120b′、120c、120d相對置。
另外，第一、第二感測電極122a、122b被第一、第二感測電極支承部分128″、128可動地支承在晶片111″上，每個感測電極組成部分128″都被設計成感測電極彈性梁體的形式，它們分別具有垂直柱127″和127、以及彈性水平梁124″和124，從而可在Y軸方向上運動。
另外，為了降低測量噪聲、從而提高靈敏度，第一、第二感測電極122a、122b被設計成與帶有正極或負極的正電極支承部分和負電極支承部分(圖中未示出)相連。因而，在受到外界脈沖的作用時，正感測電極的電容變化與負感測電極的電容變化是相反的，利用正感測電極與負感測電極的電容差值，就可確定出平衡架118″在Y軸方向上的位移。
圖7B、7C和7D所表示的計算結果為當用圖7A中所示的1G脈沖加速度作用0.01秒時，第一、第二感測電極122a、122b根據(jù)感測平衡架的諧振頻率f相對感測平衡架118″的位移的相對距離與時間之間的關系，此時，第一感測電極122a具有電極梳齒單元121a′、121b′，第二感測電極122b具有電極梳齒單元121c和121d。
計算結果基于這樣的條件感測平衡架118″的重量為3.4E-8kg、剛度為14.50N/m、阻尼系數(shù)為6.4E-6N-sec/m、第一感測電極122a和第二感測電極122b的重量為1.7E-8kg、剛度為72.50N/m、以及阻尼系數(shù)為1.6E-6N-sec/m，且驅動頻率為10.4kHz、調整電壓為3V、輸入的角速度Ω為w＝15rad/s和R0＝30rad/s。
圖7B表示當感測平衡架118″的諧振頻率f、第一感測電極122a的電極梳齒單元121a′和121b′的諧振頻率f、以及第二感測電極122b的電極梳齒單元121c和121d的諧振頻率f均等于10.32kHz時，感測平衡架118與第一感測電極122a之間的相對距離，從圖可看出，未對1G的外界加速度作出響應。
圖7C和圖7D表示了由于制造誤差而使感測平衡架118″的諧振頻率f、第一感測電極122a的電極梳齒單元121a′和121b′的諧振頻率、以及第二感測電極122b的電極梳齒單元121c和121d的諧振頻率分別等于10.32kHz、10.53kHz、10.37kHz、10.32kHz、10.59kHz、10.59kHz時的測量結果。如圖7C和圖7D所示，盡管檢測到了異常信號，但相比于圖7E所示的異常信號，這些異常情況可被忽略，在圖7E的情況中，如現(xiàn)有技術那樣，第一、第二感測電極122a、122b被固定到晶片111″上，且用1G的脈沖作用0.01秒。
由于根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的微陀螺儀100″的工作過程與圖3的原理圖所示的微陀螺儀100幾乎完全相同。因而，略去對其工作過程的描述。
如上所述，通過將感測平衡架與和該感測平衡架相對的感測電極設置成可在相同的方向上運動和/或在感測方向上具有相同的諧振頻率，根據(jù)本發(fā)明的微陀螺儀將不會檢測到那些由外界平動加速度帶來的無用信號，其中的平動加速度是由噪音、沖擊等外部干擾造成的。
上文公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，盡管采用了一些特定的術語，但應當在概括和描述性的含義上來理解這些描述，而并非用于限定。因而，本領域普通技術人員可以理解在不偏離本發(fā)明設計思想和保護范圍的前提下，可對實施例的形式和細節(jié)特征作多種改動，本發(fā)明的范圍被設定在后附的權利要求書中。
權利要求
1.一種可調整克服外界平動加速度的微陀螺儀，包括振蕩質量，其懸浮在晶片上方以便在第一方向振蕩；驅動電極，用于使振蕩質量振蕩；感測質量，與振蕩質量一道發(fā)生振蕩，并同時在第二方向上運動，所述第二方向與第一方向垂直；感測電極，用于檢測所述感測質量的運動；以及感測電極支承部分，用于可動地固定感測電極，使得感測電極可隨感測質量在第二方向上移動。
2.根據(jù)權利要求1所述的微陀螺儀，其特征在于感測電極支承部分包括感測電極彈性體，其被彈性地布置在感測電極與晶片之間，用于使感測電極在第二方向上運動。
3.根據(jù)權利要求2所述的微陀螺儀，其特征在于感測電極在第二方向上的諧振頻率與感測質量在第二方向上的諧振頻率相等或者近似。
4.一種可調整克服外界平動加速度的微陀螺儀，包括外平衡架，其懸浮在晶片的上方以便在第一方向上振蕩；多個第一梳齒單元，設置在外平衡架的外側上；至少一個驅動電極單元，其具有多個第二梳齒單元，這些梳齒單元以預定的間隔設置在第一梳齒單元之間，以便使外平衡架振蕩；內平衡架，可動地設置在外平衡架中以便能隨外平衡架一起振蕩，同時，其還在第二方向上運動，所述第二方向與第一方向垂直；多個第三梳齒單元，這些單元在第二方向上被設置在內平衡架內部形成的一個或多個部分中；至少一個感測電極單元，設置在內平衡架的部分中，并具有多個電極梳齒單元，這些梳齒單元以預定的間隔設置在所述部分的第三梳齒單元之間；以及感測電極支承部分，用于可動地固定感測電極，使得感測電極可隨內平衡架在第二方向上移動。
5.根據(jù)權利要求4所述的微陀螺儀，其特征在于感測電極支承部分包括感測電極彈性梁體，其被彈性地布置在感測電極單元與晶片之間，用于使感測電極單元在第二方向上運動。
6.根據(jù)權利要求5所述的微陀螺儀，其特征在于感測電極彈性梁體包括錨固件，其被固定到晶片上并向上延伸；以及彈性水平梁，其被彈性地設置，用于將錨固件的兩側與感測電極單元相連。
7.根據(jù)權利要求6所述的微陀螺儀，其特征在于感測電極在感測方向上的諧振頻率與內平衡架在第二方向上的諧振頻率相等或者近似。
8.根據(jù)權利要求7所述的微陀螺儀，其特征在于第一、第二以及第三梳齒單元都包括多個梳齒。
9.根據(jù)權利要求8所述的微陀螺儀，其特征在于內平衡架的內部被形成單個部分，多個第三梳齒單元被分別設置在該部分的兩側；以及感測電極單元包括感測電極，其被設置到內平衡架內部的單個部分中，感測電極單元還具有多個電極梳齒單元，它們以預定的間隔設置在第三梳齒單元之間。
10.根據(jù)權利要求8所述的微陀螺儀，其特征在于內平衡架的內部形成有多于兩個的部分，多個第三梳齒單元被分別設置在這些部分的兩側；以及感測電極單元包括多個感測電極，它們被分別設置到內平衡架內部的各個部分中，感測電極單元還具有多個電極梳齒單元，它們以預定的間隔設置在第三梳齒單元之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可調整克服外界平動加速度的微陀螺儀，其包括振蕩質量，其懸浮在晶片上方以便在第一方向振蕩；驅動電極，用于使振蕩質量振蕩；感測質量，其與振蕩質量一道發(fā)生振蕩并同時在第二方向上運動，該第二方向與第一方向垂直；感測電極，用于檢測所述感測質量的運動；以及，感測電極支承部分，用于可動地固定感測電極，使得感測電極可隨感測質量在第二方向上移動。根據(jù)本發(fā)明的微陀螺儀可防止由噪音、沖擊脈沖等外界干擾造成的信號被檢測到。
文檔編號G01C19/56GK1497240SQ20031010101
公開日2004年5月19日 申請日期2003年10月10日 優(yōu)先權日2002年10月12日
發(fā)明者趙鎮(zhèn)佑 申請人:三星電機株式會社