專利名稱：用于轉(zhuǎn)速傳感器的電極裝置，轉(zhuǎn)速傳感器和求出轉(zhuǎn)速的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于一種轉(zhuǎn)速傳感器的電極裝置，一種轉(zhuǎn)速傳感器和一種相應(yīng)的方法。
背景技術(shù)：
電極裝置，尤其是這種用于轉(zhuǎn)速傳感器的電極裝置，是眾所周知的。這些電極裝置例如具有設(shè)計(jì)成在一個(gè)平面里能夠振動(dòng)的質(zhì)量元件的構(gòu)造。這些構(gòu)造在平面里借助于合適的驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行一種周期性的直線運(yùn)動(dòng)。如果，由于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)科氏加速度作用在這種平面里振動(dòng)的振動(dòng)結(jié)構(gòu)上的話，那么就使這結(jié)構(gòu)橫向于平面偏離。產(chǎn)生的偏離用電容方法檢測(cè)和評(píng)估。由W097/0M67得知一種轉(zhuǎn)速傳感器，其中垂直于平面的偏離用對(duì)置電極來檢測(cè)。 這種設(shè)計(jì)為探測(cè)電極的對(duì)置電極設(shè)置在振動(dòng)結(jié)構(gòu)之下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提出一種用于轉(zhuǎn)速傳感器的電極裝置，一種轉(zhuǎn)速傳感器和一種求取轉(zhuǎn)速的方法，它更好地充分利用電極裝置的底面，并且提高可達(dá)到的測(cè)量精度。按照本發(fā)明的具有在權(quán)利要求1中所述特征的電極裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)通過兩邊布置對(duì)置電極，在面積要求相同的情況下，與一邊布置相比可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量能力的翻番。在按照本發(fā)明的電極裝置中規(guī)定這裝置具有多個(gè)固定的對(duì)置電極，其中至少一個(gè)對(duì)置電極布置在平面的一側(cè)，其中至少另一個(gè)對(duì)置電極布置在平面的另一側(cè)，基本上相互鏡像對(duì)稱，用于構(gòu)成至少一個(gè)電極對(duì)。按照本發(fā)明的測(cè)量裝置基于以下思路最佳地充分利用振動(dòng)裝置的面積，并且在面積要求相同的情況下，使測(cè)量能力翻番。這通過兩邊布置位置固定的對(duì)置電極來進(jìn)行，其與一個(gè)用于激發(fā)振動(dòng)的電極構(gòu)成一個(gè)電極裝置，通過兩邊布置對(duì)置電極，在面積要求相同的情況下，使探測(cè)能力翻番。這種電極裝置既可以用于探測(cè)電極，也可以用于位置反饋電極 (Lageruckregelungselektroden)或者用于驅(qū)動(dòng)電極或者其它補(bǔ)償電極(例如正交補(bǔ)償電極)。在位置反饋電極中，當(dāng)一邊布置位置固定的對(duì)置電極時(shí)，用于位置反饋調(diào)節(jié)的靜電力只是從一側(cè)作用在傳感器上，這導(dǎo)致不對(duì)稱和調(diào)節(jié)能力的減小。通過按照本發(fā)明的測(cè)量裝置，即在兩邊布置對(duì)置電極，可以回避這些困難，而且也加大調(diào)制范圍。電極裝置也可以用作為具有驅(qū)動(dòng)電極的裝置，這種驅(qū)動(dòng)電極從平面出發(fā)或者沿著這平面調(diào)節(jié)一個(gè)驅(qū)動(dòng)。在驅(qū)動(dòng)電極中，當(dāng)一邊布置位置固定的對(duì)置電極時(shí)，同樣也產(chǎn)生一種不希望有的不對(duì)稱和大的面積要求。這些缺點(diǎn)可以通過兩邊布置對(duì)置電極來解決，而且可以提高驅(qū)動(dòng)效率。對(duì)置電極在電極裝置里在一側(cè)(布置)固定，并與在平面的另一側(cè)的另一個(gè)(布置)固定的對(duì)置電極形成一個(gè)電極對(duì)。所謂固定或者布置固定的概念是指在電極裝置里的一個(gè)固定位置。本發(fā)明還涉及一種具有權(quán)利要求3的特征的轉(zhuǎn)速傳感器，它具有一個(gè)前述的電極裝置和一個(gè)振動(dòng)裝置。這種振動(dòng)裝置具有至少一個(gè)電極，并且可以在一個(gè)由電極裝置規(guī)定的平面里，和/或垂直于這規(guī)定的平面激發(fā)引起一個(gè)振動(dòng)。按照本發(fā)明的一種有利的設(shè)計(jì)方案，應(yīng)用至少兩個(gè)電極對(duì)。這些電極對(duì)分別配屬于振動(dòng)裝置的反相偏離的部段。所述各電極對(duì)的對(duì)置電極分別與在平面的另一側(cè)的另外的電極對(duì)的另外的對(duì)置電極短路。因此產(chǎn)生一個(gè)電容的差動(dòng)接線，這種接線進(jìn)一步提高了測(cè)
量精度。振動(dòng)裝置有利地由至少兩個(gè)例如通過一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置可以弓I起振動(dòng)的部段組成。兩個(gè)部段優(yōu)選基本上對(duì)稱地構(gòu)成，而且基本上對(duì)稱布置。為了激勵(lì)振動(dòng)裝置例如可以應(yīng)用一種靜電梳狀驅(qū)動(dòng)裝置。振動(dòng)裝置的兩個(gè)部段優(yōu)選由可以振動(dòng)的質(zhì)量元件組成，這些元件相互反相地布置成可以振動(dòng)。反相的振動(dòng)可以是一種平移的或者轉(zhuǎn)動(dòng)的振動(dòng)?？梢匀菀椎叵捎谠谙嗤较蛏献饔糜趦蓚€(gè)部段上的橫向加速度引起的干擾。在差動(dòng)接線時(shí)這種干擾自動(dòng)地被排除。同樣也是有利的是可以振動(dòng)的質(zhì)量元件通過彈簧元件相互連接，并且通過其它彈簧元件與測(cè)量裝置在錨固點(diǎn)上連接。有利的是對(duì)置電極在其對(duì)準(zhǔn)于可以振動(dòng)的質(zhì)量元件的電極表面上，比配屬的可以振動(dòng)的質(zhì)量元件的對(duì)應(yīng)的表面具有較小的面積。因此實(shí)現(xiàn)了，使對(duì)置電極在可以振動(dòng)的質(zhì)量元件運(yùn)動(dòng)的任何時(shí)刻，都停留在配屬的對(duì)置電極的高度上。按照本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施形式的轉(zhuǎn)速傳感器包括有一個(gè)求取裝置用于求取轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速由所測(cè)量的，具有配屬的電極對(duì)的對(duì)置電極的振動(dòng)裝置的所述至少一個(gè)電極的電容的電容差，和至少一個(gè)振動(dòng)的參數(shù)求出。這個(gè)振動(dòng)參數(shù)尤其是振動(dòng)裝置的一個(gè)參照點(diǎn)的取決于時(shí)間的位置。振動(dòng)參數(shù)優(yōu)選借助于一個(gè)傳感裝置求出。這傳感裝置例如可以是一種靜電梳，其中能夠振動(dòng)的質(zhì)量元件同樣也具有一個(gè)可運(yùn)動(dòng)的梳，并且與一個(gè)固定地布置在基片上的梳構(gòu)成一個(gè)電容器。因此可以檢測(cè)到在規(guī)定平面里的振動(dòng)。此外本發(fā)明還涉及一種具有權(quán)利要求9的特征的，求取轉(zhuǎn)速的方法。按照本發(fā)明規(guī)定多個(gè)對(duì)置電極在平面的兩邊，成對(duì)地基本為鏡像對(duì)稱地布置，并通過測(cè)量具有電極對(duì)的對(duì)置電極的所述至少一個(gè)電極的電容的電容差求出偏離。電極在電極裝置的一個(gè)參照系的平面里被激起振動(dòng)，而且電極裝置用至少一個(gè)在參照系里位置固定的對(duì)置電極電容性地檢測(cè)振動(dòng)裝置的至少具有電極的部段橫向于平面的偏離。平面的兩邊，成對(duì)地基本為鏡像對(duì)稱地布置了多個(gè)對(duì)置電極，并且通過測(cè)量電容的一個(gè)電容差來求出偏離。這相比于借助一種簡(jiǎn)單的電極-對(duì)置電極-對(duì)來測(cè)量一種電容來說世有利的在面積要求相同的情況下，可以使測(cè)量能力翻番。按照本發(fā)明的一種有利設(shè)計(jì)方案，由所測(cè)量的電容差和振動(dòng)的至少一個(gè)求出的振動(dòng)參數(shù)來求出轉(zhuǎn)速。上面的對(duì)置電極可以通過一種有結(jié)構(gòu)化的蓋來實(shí)現(xiàn)，這蓋補(bǔ)充設(shè)置，或者通過在過程中進(jìn)一步的層沉積來實(shí)現(xiàn)。


以下以一個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。所示為 圖1具有一個(gè)電極裝置的轉(zhuǎn)速傳感器的俯視圖2在圖1所示轉(zhuǎn)速傳感器中的電極裝置的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式圖1簡(jiǎn)略和舉例表示了按照本本發(fā)明的電極裝置1的一種實(shí)施形式。電極裝置1 在這實(shí)例中布置在一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器2里，并以此是這個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器2的一部分。轉(zhuǎn)速傳感器2具有一個(gè)振動(dòng)裝置3，它由兩個(gè)部段4，5組成。兩個(gè)部段4，5設(shè)計(jì)成對(duì)稱相同，并且對(duì)稱布置。它們由彈簧元件6，7和由能夠振動(dòng)的質(zhì)量元件8，9 (所謂科氏元件)組成。質(zhì)量元件8，9有相同的質(zhì)量。振動(dòng)裝置3通過錨固點(diǎn)10可以振動(dòng)地固定在電極裝置1的一個(gè)未示出的保持部上。每個(gè)質(zhì)量元件8，9通過各彈簧元件6與兩個(gè)錨固點(diǎn) 10連接，而且兩個(gè)質(zhì)量元件8，9附帶地通過兩個(gè)另外的彈簧元件7相互連接。兩個(gè)部段4， 5分別由將附屬的質(zhì)量元件8，9與各自的錨固點(diǎn)10連接的彈簧元件6和相互彈動(dòng)地連接兩個(gè)質(zhì)量元件8，9的彈簧元件7的相應(yīng)一個(gè)部分組成。每個(gè)部段4，5具有至少一個(gè)電極11，12。為此質(zhì)量元件8，9是構(gòu)成電極11，12本身的導(dǎo)電或者半導(dǎo)電的質(zhì)量元件。電極11，12例如備選地設(shè)計(jì)成布置在每個(gè)質(zhì)量元件8，9 的表面13，14兩側(cè)的電極11，12。錨固點(diǎn)10布置在電極裝置1的一個(gè)平面15里。這個(gè)平面15布置在圖1和2所示的坐標(biāo)系的x-y平面里。振動(dòng)裝置3在平面15里是可以振動(dòng)的。為此振動(dòng)裝置3的兩個(gè)部段4，5的質(zhì)量元件8，9可以在相位上相互振動(dòng)或者相互反相地振動(dòng)。橫交于每一個(gè)質(zhì)量元件8，9的電極11，12的表面13，14相對(duì)于電極裝置1位置固定地布置了一個(gè)電極對(duì)16，17，這電極對(duì)分別具有布置在電極11，12兩邊的對(duì)置電極18， 19。圖2表示了這些對(duì)置電極18，19，在質(zhì)量元件8，9之上和之下。對(duì)置電極18，19固定地布置在電極裝置1的一個(gè)基片上。對(duì)置電極18，19在基片上的固定布置例如通過一個(gè)絕緣層，尤其是一個(gè)硅氧化物層來進(jìn)行。對(duì)置電極18，19分別具有一個(gè)指向能夠振動(dòng)的質(zhì)量元件8，9的電極表面20，這個(gè)表面小于配屬的電極11，12的一個(gè)對(duì)應(yīng)的表面13，14。對(duì)置電極18，19配屬于一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器2的檢測(cè)裝置，這裝置用于電容性地檢測(cè)振動(dòng)裝置3的具有電極11，12的部段4，5的橫向于平面15的偏離。由圖1可見，對(duì)置電極18，19以其輪廓匹配于設(shè)計(jì)成電極11，12的能夠振動(dòng)的質(zhì)量元件8，9的輪廓。對(duì)置電極的尺寸這樣地設(shè)計(jì)，使得在電極11，12和電極對(duì)17，18的配屬的對(duì)置電極18，19之間的電容不會(huì)由于振動(dòng)裝置3在平面15里的振動(dòng)而改變或者幾乎不改變。借助于一個(gè)未示出的驅(qū)動(dòng)裝置，這個(gè)裝置可以是例如設(shè)計(jì)成靜電梳狀驅(qū)動(dòng)裝置， 使能夠振動(dòng)的質(zhì)量元件8，9在平面15里被激起振動(dòng)。能夠振動(dòng)的質(zhì)量元件8，9相互反相地運(yùn)動(dòng)。這可以由圖1的箭頭見到。振動(dòng)的質(zhì)量元件4，5的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的探測(cè)通過未詳細(xì)示出的探測(cè)裝置來進(jìn)行，借助于這裝置可以得出振動(dòng)的至少一個(gè)振動(dòng)參數(shù)。因此例如可以應(yīng)用一種靜電的梳狀結(jié)構(gòu)，在此結(jié)構(gòu)中能夠振動(dòng)的質(zhì)量元件8，9具有一個(gè)梳，其與一個(gè)固定地布置在基片上的梳構(gòu)成一個(gè)電容器。因此平面的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)可以電容性地被檢測(cè)。圖2表示了，電極對(duì)16，17的對(duì)置電極18，19 “通過交叉”相互接線。為此電極對(duì) 16，17的在平面15的一邊的對(duì)置電極18，分別與電極對(duì)16，17的在平面15的另一邊另一個(gè)對(duì)置電極19的相應(yīng)短路。通過電容的這種差動(dòng)接線提高了測(cè)量精度。電容性分接頭Cl 得到所述一個(gè)電極對(duì)16的對(duì)置電極18的數(shù)據(jù)和所述另一個(gè)電極對(duì)16的對(duì)置電極19的數(shù)據(jù)，電容性分接頭C2得到所述一個(gè)電極對(duì)16的對(duì)置電極19的數(shù)據(jù)和所述另一個(gè)電極對(duì)17 的對(duì)置電極18的數(shù)據(jù).
有以下功能電極裝置1或者轉(zhuǎn)速傳感器2布置在一個(gè)旋轉(zhuǎn)的裝置上，裝置的轉(zhuǎn)速應(yīng)該被確定。振動(dòng)裝置3的振動(dòng)，例如在圖1或者2里所示那樣，這樣進(jìn)行，使得兩個(gè)質(zhì)量元件8，9在旋轉(zhuǎn)裝置的徑向方向上相互反相地振動(dòng)。轉(zhuǎn)速在這個(gè)實(shí)施例里也就是一個(gè)圍繞Y-軸線的旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速ωγ。通過旋轉(zhuǎn)的裝置的旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)得出一個(gè)合成的科氏力 & = 2m (ΜX a),它作用于振動(dòng)裝置3的振動(dòng)部段4，5上，尤其是兩個(gè)質(zhì)量元件8，9上，而且其橫向于(尤其是垂直于)平面15偏離。這種橫向于平面15的偏離電容性地通過在電極對(duì) 16，17的電極11，12和對(duì)置電極18，19之間的電容差來檢測(cè)。接著借助于求取裝置，由平面 15里的振動(dòng)的振動(dòng)參數(shù)和由于科氏力引起的橫向于平面15的偏離來求出轉(zhuǎn)速。兩邊的對(duì)置電極18，19原理的使用也可以用于一種位置反饋調(diào)節(jié)裝置和/或驅(qū)動(dòng)裝置和/或補(bǔ)償電極和/或其它電極。在這種位置反饋調(diào)節(jié)裝置和/或驅(qū)動(dòng)裝置中，在面積要求相同的情況下，測(cè)量能力翻番。
權(quán)利要求
1.用于具有振動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)速傳感器的電極裝置，它具有至少一個(gè)電極，并且可以在由電極裝置規(guī)定的平面里和/或垂直于這個(gè)平面被激起振動(dòng)，其中電極裝置具有至少一個(gè)固定的對(duì)置電極用于電容性地檢測(cè)振動(dòng)裝置的具有電極的部段橫向于平面的偏離，其特征在于，電極裝置(1)具有多個(gè)固定的對(duì)置電極(18，19)，其中至少一個(gè)對(duì)置電極(18)布置在平面(15)的一側(cè)，并且有至少另一個(gè)對(duì)置電極(19)布置在平面(15)的另一側(cè)，相互基本鏡像對(duì)稱，用于構(gòu)成至少一個(gè)電極對(duì)(16，17 )。
2.按權(quán)利要求1所述的電極裝置，其特征在于，設(shè)有至少兩個(gè)電極對(duì)(16，17)，它們分別配屬于振動(dòng)裝置(3)的反相偏離的部段(4，5)，其中在平面(15)的所述一邊的一個(gè)電極對(duì)(16 ；17)的一個(gè)對(duì)置電極(18)分別與在平面(15)的所述另一邊上的另外的電極對(duì)(17 ； 16)的相應(yīng)對(duì)置電極(19)短路。
3.具有按權(quán)利要求1或者2所述的電極裝置(1)和振動(dòng)裝置(3)的轉(zhuǎn)速傳感器，這振動(dòng)裝置具有至少一個(gè)電極(11，12)，并可以在由電極裝置(1)規(guī)定的平面(15)里和/或垂直于這平面(5 )地被激起振動(dòng)。
4.按權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)速傳感器，其特征在于，振動(dòng)裝置(3)由至少兩個(gè)部段(4，5) 組成，其中振動(dòng)裝置(3)的每個(gè)部段(4，5)具有質(zhì)量元件(8，9)，而且質(zhì)量元件(8，9)相互反相可以振動(dòng)地布置在振動(dòng)裝置(3)里。
5.按權(quán)利要求3或者4所述的轉(zhuǎn)速傳感器，其特征在于，質(zhì)量元件(8，9)通過彈簧元件 (7)相互連接。
6.按權(quán)利要求3至5中之一所述的轉(zhuǎn)速傳感器，其特征在于，對(duì)置電極(18，19)分別具有對(duì)準(zhǔn)于能夠振動(dòng)的質(zhì)量元件(8，9)的電極表面(20)，這表面小于配屬的電極(11，12)的對(duì)應(yīng)的表面(13，14)。
7.按權(quán)利要求3至6中之一所述的轉(zhuǎn)速傳感器，其特征在于，設(shè)置求取裝置，它用于從測(cè)量的，具有配屬的電極對(duì)(16，17)的對(duì)置電極(18，19)的所述至少一個(gè)電極(11，12)的電容的電容差和振動(dòng)的至少一個(gè)振動(dòng)參數(shù)來求取轉(zhuǎn)速。
8.按權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)速傳感器，其特征在于，借助于傳感器裝置求出振動(dòng)參數(shù)。
9.借助于具有至少一個(gè)振動(dòng)裝置的電極裝置求取轉(zhuǎn)動(dòng)速度的方法，這振動(dòng)裝置具有至少一個(gè)電極，并在電極裝置的參照系的平面里被激起運(yùn)動(dòng)，電極裝置還具有至少一個(gè)在參照系里位置固定的對(duì)置電極，用于電容性地檢測(cè)振動(dòng)裝置的至少一個(gè)具有電極的部段橫向于平面的偏離，其特征在于，多個(gè)對(duì)置電極在平面的兩邊，成對(duì)地基本為鏡像對(duì)稱地布置， 并通過測(cè)量具有電極對(duì)的對(duì)置電極的所述至少一個(gè)電極的電容的電容差求出偏離。
10.按權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，由所測(cè)量的電容差和至少一個(gè)求取的振動(dòng)的振動(dòng)參數(shù)來求取轉(zhuǎn)速。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于具有振動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)速傳感器(2)的電極裝置(1)，它具有至少一個(gè)電極(11，12)，并且可以在由電極裝置(1)規(guī)定的平面(15)里和/或垂直于這個(gè)平面激發(fā)振動(dòng)，其中電極裝置(1)具有至少一個(gè)固定的對(duì)置電極(18)，用于電容性地檢測(cè)具有電極(11，12)的振動(dòng)裝置部段橫交垂直于平面(15)的偏離。設(shè)計(jì)使電極裝置(1)具有多個(gè)固定的對(duì)置電極(18，19)，其中至少一個(gè)對(duì)置電極(18)布置在平面(15)的一側(cè)，并且有至少另一個(gè)對(duì)置電極(19)在平面(15)的另一側(cè)，相互鏡像對(duì)稱，用于構(gòu)成至少一個(gè)電極對(duì)(16，17)。本發(fā)明此外還設(shè)計(jì)一種相應(yīng)的轉(zhuǎn)速傳感器(2)和一種用于通過測(cè)量電容差求出轉(zhuǎn)速的方法。
文檔編號(hào)G01C19/56GK102192733SQ20111005350
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月8日
發(fā)明者D·C·梅塞爾, J·豪爾, T·奧姆斯 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司