專利名稱：微轉速傳感器以及微轉速傳感器的操作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測繞正交軸X、y和z的多個轉速的微轉速傳感器，所述微轉速傳感器包括基底；多個模塊，所述模塊在平行于基底的平面內安置并且相對于基底能夠移位；多個錨固件，所述錨固件用于將模塊連接到基底；彈簧，所述彈簧用于將至少一些模塊連接到至少一個相鄰的模塊或連接到至少一個錨固件；驅動元件，所述驅動元件用于沿X方向振蕩至少一些模塊以便當基底偏轉時產生科氏力(Coriolis force);以及傳感器元件，所述傳感器元件用于檢測由于科氏力產生的模塊的偏轉，本發(fā)明還涉及用于檢測繞正交軸χ、y和z多個轉速的微轉速傳感器的操作方法，所述微轉速傳感器包括基底和驅動模塊、χ-y傳感器模塊以及Z傳感器模塊。
背景技術：
使用MEMS技術的傳統(tǒng)微轉速傳感器通過專利公開文獻US6，308，567可知，其中驅動模塊被驅動以振蕩。當繞三個正交的X、Y或Z軸之一出現轉速時，模塊偏轉出驅動平面或繞Z軸旋轉。傳感器元件與模塊相關聯以便能夠檢測偏轉。所述偏轉基于在相應旋轉運動以及模塊沿相應方向移位的情況下作用在模塊上的科氏力而發(fā)生。在該專利公開文獻中示出的實施例中，模塊由于科氏力被朝向中心驅動并且繞X軸、Y軸或Z軸旋轉。與所述模塊關聯的傳感器元件借助于通過改變固定電極與可移位電極間距而出現的電信號檢測相應的旋轉運動。信號的改變提供了作用在傳感器上的轉速的信息。所述實施例的缺點在于這樣的傳感器對能夠導致誤測的外力影響非常敏感。所公開的傳感器在基底上還需要大的面積。因為各別元件由于溫度效應的變形能夠輕微地歪曲結果，所以傳感器對溫度也敏感。

發(fā)明內容
因此本發(fā)明的目的在于提供一種MEMS微轉速傳感器，所述微轉速傳感器具有低的空間需求，相對于外力和溫度效應非常穩(wěn)定，然而還具有非常高的測量精度。該目的通過具有獨立權利要求特征的微轉速傳感器以及這種微轉速傳感器的操作方法實現。根據本發(fā)明的微轉速傳感器用于檢測繞正交軸x、y和/或z的多個轉速。傳感器具有基底和多個模塊，模塊相對于基底能夠移位并且在平行于基底的X-Y平面內安置。還設有多個錨固件，所述錨固件用于將模塊連接到基底。至少一些模塊借助于彈簧連接到至少一個相鄰的模塊或連接到至少一個錨固件。至少一些模塊具有驅動元件以便激起所述模塊沿X方向振蕩，以使得在基底偏轉的情況下科氏力作用在模塊上。由于產生的科氏力導致模塊的偏轉借助于傳感器元件檢測。根據本發(fā)明，所述模塊分成驅動模塊、X-Y傳感器模塊或Z傳感器模塊。X-Y傳感器模塊借助于彈簧連接到驅動模塊和Z傳感器模塊。X-Y傳感器模塊與驅動模塊11之間的連接為使得當驅動模塊被驅動以沿X方向振蕩時，X-Y傳感器模塊借助于驅動模塊被驅動以沿X-Y方向振蕩。因此X-Y傳感器模塊大體上不需要專用的驅動，相反地，它們被驅動模塊間接地驅動。在驅動模塊沿X方向被移位時，與所述模塊相連的X-Y傳感器模塊借助于彈簧和錨固件在基底上被支承成X-Y傳感器不沿X方向而是沿著X軸與Y軸之間的方向被驅動。因此在驅動模塊與振蕩的X-Y傳感器模塊之間產生角度偏移。驅動模塊的主動(有效)驅動可以非常簡單并且占用小空間地沿X方向發(fā)生，而X-Y傳感器模塊不需要主動(有效)驅動。因此提供了傳感器節(jié)約空間的構造，并且獲得了 X-Y傳感器模塊形式的間接被驅動的驅動模塊，所述X-Y傳感器模塊并非專門沿X方向振蕩，而且沿X軸呈對角的方向振蕩。因而造成了產生科氏力，所述科氏力引起了作為基底繞X軸和/或Y軸轉速函數的X-Y傳感器模塊的旋轉。也確保了 X-Y傳感器模塊能夠正如驅動模塊一樣被非常穩(wěn)定地支承。因此作用在基底或微轉速傳感器上如沖擊形式的外部影響能夠非常好地被吸收。因此，各個模塊、基底或彈簧受損或者模塊與基底彼此接觸并因而導致短路的風險非常低。各個模塊的穩(wěn)定支承同樣確保了溫度對測量結果沒有影響或影響非常小。因為模塊和基底的變形很難發(fā)生并且因而它們之間的間距很難發(fā)生改變，所以由這種溫度效應導致的單獨模塊尤其是X-Y傳感器模塊或Z傳感器模塊的變形通過穩(wěn)定支承被基本上阻止。因為為了實現這樣的驅動運動χ-Y傳感器模塊不再與驅動模塊連接，而是借助于彈簧附加地與Z傳感器模塊連接，因此在繞Z軸出現轉速的情況下同樣產生科氏力，導致χ-Y傳感器模塊和Z傳感器模塊繞Z軸旋轉。微轉速傳感器的低靈敏度也使得測量精度相應地高。此外，基底上僅需要小的空間。根據本發(fā)明有利的實施例，χ-Y傳感器模塊的驅動方向在X軸與Y軸之間，優(yōu)選為與X軸成45°角。由于科氏力,所述χ-Y傳感器模塊相對于驅動模塊偏移的驅動方向產生了作用在繞X軸、Y軸和Z軸轉速傳感器的各個模塊上的扭矩。如果X-Y傳感器模塊以與X軸成45°角被驅動，那么作用在其上的力大小近似相等，以致將發(fā)生相同的偏轉并且相等的力傳遞到相鄰的模塊。X-Y傳感器模塊優(yōu)選地通過沿X方向振蕩的驅動模塊被驅動以相對于中心徑向地振蕩。結果導致轉速傳感器非常緊湊的結構，該結構繞所有的軸具有相等的力和扭矩?？商娲兀瑯涌尚胁⑶矣欣氖荴-Y傳感器模塊被驅動以偏離中心地振蕩。因此例如引起繞一軸線或其他軸線旋轉的扭矩大小可以被影響。取決于轉速傳感器獨特的設計，這可以是有利的。在本發(fā)明尤其有利的實施中，在X-Y傳感器模塊與中央懸架或中央錨固件之間安置彈性懸架。所述彈性懸架可以是萬向固定件形式，如具有繞X軸、Y軸和Z軸的旋轉軸。與借助于彈簧連接到中央懸架的彈性懸架相反，相應的萬向懸架確保了繞相應旋轉軸限定的并且穩(wěn)定的旋轉運動。彈性的萬向懸架優(yōu)選地包括兩個環(huán)，所述兩個環(huán)借助與彼此偏置的扭轉彈簧和錨固彈簧彼此相連。扭轉彈簧優(yōu)選地彼此偏置90°，以使得兩個環(huán)同樣能夠相對于彼此旋轉90°。因此可以實現繞一個旋轉軸或其他旋轉軸不同的旋轉運動。如果每個X-Y傳感器模塊沿X-Y傳感器模塊的驅動方向能夠移位地但是針對X-Y傳感器模塊離開χ-Y平面的運動固定地連接到萬向懸架的外環(huán)上，那么在所述模塊顯示繞X軸或Y軸的轉速的情況下，相應的連接的環(huán)必須總是與X-Y傳感器模塊一起能夠移位。X-Y傳感器模塊的確定運動由所述支承引起。因此與相應地不同和無故障一樣，測量結果可以被維持。在本發(fā)明有利的實施例中，X-Y傳感器模塊借助于彈簧連接到Z傳感器模塊，以使得當沿X-Y方向發(fā)生X-Y傳感器模塊的振蕩運動時Z傳感器模塊基本上靜止。相反地，當繞Z軸發(fā)生X-Y傳感器模塊的振蕩的旋轉運動時，Z傳感器模塊大體上在X-Y平面內沿X方向振蕩。當出現繞Z軸的科氏力時，X-Y傳感器模塊的驅動因此引起X-Y傳感器模塊繞Z軸的振蕩的旋轉運動以及由于X-Y傳感器模塊至Z傳感器模塊的連接引起Z傳感器模塊沿X方向的運動。所述運動由于彈簧以及X-Y傳感器模塊和Z傳感器模塊的支承發(fā)生，當所述模塊繞Z軸旋轉時允許Z傳感器模塊僅沿X方向移位并且由X-Y傳感器模塊驅動。X-Y傳感器模塊相對于轉速傳感器中心僅沿徑向的運動使得在這種實施例中Z傳感器模塊靜止。在X-Y傳感器模塊驅動的另一個可替代設計中，例如不是反相地朝向和離開中心振蕩，而是同相地沿正X方向和負X方向振蕩，轉速傳感器可以被設計成以使得Z傳感器模塊與X-Y傳感器模塊一起被驅動。因此Z傳感器模塊大體上沿X方向振蕩。當出現繞Y軸或Z軸的轉速時，相反地，Z傳感器模塊不與X-Y傳感器模塊一起偏轉。為了確保X-Y傳感器模塊均勻的振蕩，有利的是在相鄰的X-Y傳感器模塊之間安置同步彈簧。同步彈簧對細微的驅動偏差進行補償并且使得X-Y傳感器模塊經常均勻地振蕩。每個X-Y傳感器模塊優(yōu)選地借助于彈簧至少連接到驅動模塊和Z傳感器模塊。通過驅動模塊和彈簧連接驅動運動被傳遞到X-Y傳感器模塊。X-Y傳感器模塊繞Z軸的旋轉運動借助于X-Y傳感器模塊到Z傳感器模塊的彈簧連接被傳遞到傳感器模塊。如之前表明的，對于彈簧和錨固件相應的設計以及X-Y傳感器模塊的驅動，Z傳感器模塊同樣可以通過借助于彈簧連接的X-Y傳感器在X-Y平面內被驅動。為了獲得尤其穩(wěn)定的系統(tǒng)，有利的是每個驅動模塊和/或Z傳感器模塊借助于彈簧安置到至少一個優(yōu)選為兩個錨固件上。錨固件連接到基底并且引起驅動模塊和/或Z傳感器模塊的穩(wěn)定支承。驅動模塊以及Z傳感器模塊沿相應計劃方向的可移位性通過彈簧被確保。沿其他驅動模塊或Z傳感器模塊不發(fā)生運動或移位的方向，彈簧相應地固定。那么支承轉而出現在相應的錨固件與基底處。為了引起X-Y傳感器模塊穩(wěn)定且均勻的驅動，有利的是設置兩個驅動模塊或驅動模塊對。驅動模塊或驅動模塊對借助于驅動元件被主動地驅動。該驅動以已知傳統(tǒng)的方式發(fā)生，例如通過向電極施加電壓從而對驅動模塊或驅動模塊對進行驅動。在本發(fā)明尤其有利的實施例中，驅動模塊對的驅動模塊借助于連接元件或連接結構彼此相連。連接元件或連接結構允許驅動模塊對相同地移位。至一特定角度，它們同樣用來同步驅動模塊，以便能夠均勻地驅動X-Y傳感器模塊。如果驅動元件包括用于對驅動模塊進行驅動的電極，那么產生非常節(jié)約空間且可靠的驅動系統(tǒng)。電極以傳統(tǒng)的方式對驅動模塊進行驅動。如果傳感器元件與χ-Y傳感器模塊和/或Z傳感器模塊相關聯，那么X-Y傳感器模塊和/或Z傳感器模塊相對于基底位置的改變能夠被確定。相應的傳感器元件，例如由平板電極制成，其中一個電極固定到基底并且另一個電極連接到X-Y傳感器模塊或Z傳感器模塊。兩個朝向彼此的電極例如平板電極之間間距的改變產生了顯示相應間距改變的電信號。所述間距的改變以及電信號可以允許得出關于轉速傳感器相應轉速的結論。
根據本發(fā)明的用來操作微轉速傳感器以及檢測繞正交軸多個轉速的方法，具有基底以及驅動模塊、X-Y傳感器模塊和Z傳感器模塊。驅動模塊通過驅動元件被驅動以沿X方向振蕩。連接到驅動模塊并且相應地被支承的X-Y傳感器模塊通過驅動模塊被間接地驅動以沿X-Y方向徑向上至中心地振蕩。當基底繞X軸或Y軸出現轉速時，X-Y傳感器模塊繞Y軸或X軸接合地偏轉。當基底繞Z軸出現轉速時，X-Y傳感器模塊繞Z軸旋轉，并且相應地連接到X-Y傳感器模塊并且被支承的Z傳感器模塊大體上沿X方向偏轉。本發(fā)明實質性的優(yōu)點在于通過驅動元件僅沿X方向發(fā)生主動驅動。需要空間的相應的驅動器件僅在同驅動元件結合時需要。驅動元件連接到X-Y傳感器模塊，以使得X-Y傳感器模塊相應的支承導致所述模塊不沿X方向而是與其成對角地沿著X-Y方向被驅動。因此X-Y傳感器模塊包括既沿X方向又沿Y方向的驅動矢量。X-Y傳感器模塊在X-Y平面內振蕩。驅動元件各自的驅動降低了空間要求并且確保了轉速傳感器能夠以非常無故障的方式操作。X-Y傳感器模塊對于檢測轉速是重要的并且從驅動裝置分離，并且因而不將任何干擾傳遞至系統(tǒng)。所述模塊同樣可以被非常穩(wěn)定地支承，以使得在不受機械或電損傷的情況下極好地捕捉能夠外在影響轉速傳感器的沖擊效應。如果X-Y傳感器模塊通過沿X方向振蕩的驅動模塊驅動以徑向地向中央懸架振蕩，那么能夠檢測繞X軸、Y軸和Z軸的轉速。因此微轉速傳感器是能夠檢測繞三個不同正交軸線轉速的三維傳感器。相對于現有技術例如包括三個獨立的單一轉速傳感器，每個轉速傳感器僅用于檢測單一轉速，根據本發(fā)明的微轉速傳感器大體上需要較小的空間。對于根據現有技術的直接地驅動傳感器元件的其他轉速傳感器，相比本發(fā)明大體上無法實現對干擾的高不靈敏度。本發(fā)明提出了一種三維轉速傳感器，所述三維轉速傳感器包括沿一方向的驅動件以及具有多個沿多個方向同步振蕩的模塊(X-Y傳感器模塊)的相應連接結構。因此保證了單一的共振頻率，允許系統(tǒng)在操作中非常穩(wěn)定。因而多個模塊通過功能區(qū)分。因此確保了系統(tǒng)在由一類模塊的共振中被操作，確保了沿X-Y軸的轉速通過一類模塊檢測，確保了繞Z軸離開平面的轉速通過另一類模塊檢測。通過區(qū)分單獨模塊之間的功能，模塊幾何形狀、驅動件和檢測電極定位、以及驅動運動的振幅被優(yōu)化。因此改善了系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性并且相對于空間要求增加了靈敏度。借助于能夠在正確位置準確定位的彈簧，驅動運動的優(yōu)化通過本發(fā)明得以改善，從而允許想要的振蕩并且阻止其他不想要的共振。


本發(fā)明更多的優(yōu)點在接下來的示意性的實施例中描述。示出了:圖1為本發(fā)明示意圖的俯視圖，圖2為圖1中具有相應驅動運動的不意圖，圖3為圖1中具有Z轉速的示意圖，圖4為通過圖1示意圖的具有X-Y傳感器元件繞X軸運動的剖視圖，圖5為沿X軸通過圖1示意圖的具有X-Y傳感器元件繞Y軸偏轉的剖視圖。圖6為本發(fā)明另一個實施例的俯視圖，并且
圖7為X-Y傳感器元件另一種可能布置的示意圖。
具體實施例方式圖1以示意性俯視圖示出了本發(fā)明的微轉速傳感器I。傳感器I借助于中央錨固件2連接到傳感器I下方的基底。傳感器I在沿Z方向的微小距離處位于X-Y平面內。萬向懸架3在中央錨固件2上安置，傳感器I借助于所述萬向懸架能夠旋轉移位地懸置在中央錨固件2上。萬向懸架3包括錨固彈簧4。內部的錨固彈簧4沿Y方向排列并且將內環(huán)
5連接到中央錨固件2。在內環(huán)5與外環(huán)6之間安置有沿X方向排列的附加的錨固彈簧4。錨固彈簧為允許沿其縱向軸線旋轉的扭簧。由于相應的錨固彈簧4的排列方式，萬向懸架3允許繞X軸和繞Y軸的旋轉運動。在外環(huán)6上安置有連接彈簧7，X-Y傳感器模塊8與所述連接彈簧相連。連接彈簧7在X軸與Y軸之間居中地連接到外環(huán)6上，并且允許X-Y傳感器模塊沿X-Y方向的運動。在該示意性的實施例中，所述X-Y方向與X-Y軸成45°角地居中位于X-Y軸之間。在相對于中央錨固件2的徑向振蕩中，X-Y傳感器模塊因此能夠沿所述45°方向移位。當然，其他的角度方向同樣可以。連接彈簧7構造成以使得防止離開X-Y平面的運動。這意味著X-Y傳感器模塊8離開X-Y平面的運動僅連同與它們相連的外環(huán)6 —起發(fā)生。只有當萬向懸架3的外環(huán)6從X-Y平面離開地移位時，X-Y傳感器模塊8才與外環(huán)6 —起從X-Y平面離開地移位。為了引起X-Y傳感器模塊8相對于中央錨固件2沿徑向的同步運動，在每兩個鄰近的X-Y傳感器模塊8之間安置同步彈簧9。如果X-Y傳感器模塊8遠離中央錨固件2移動，那么同步彈簧9被伸長。如果X-Y傳感器模塊8朝中央錨固件2回退移動，那么同步彈簧9被壓縮。同步彈簧9的伸長與壓縮是均勻的，以使得同步彈簧9確保了 X-Y傳感器模塊8相對于中央錨固件2的同步運動。總共兩個驅動模塊11以及兩個Z傳感器模塊12借助于連接彈簧10連接到X-Y傳感器模塊8。驅動模塊以及Z傳感器模塊12中的每個借助于附加的連接彈簧10依次連接到兩個錨固件13。驅動模塊11大體上沿X方向能夠移位。在本示意性實施例中，驅動模塊借助于連接彈簧10被附加地連接到朝向該驅動模塊相關的同步彈簧9上。驅動模塊11還包括諸如梳狀電極的驅動元件(未示出)，其中該驅動元件或梳狀電極的一個電極固定至基底并且另一個電極連接到驅動模塊11。施加的交流電壓使得驅動模塊11被驅動以沿X軸振蕩。因此將驅動模塊11連接到錨固件13的外連接彈簧10'被設置成在χ-Y平面內是彈性的。所述外連接彈簧10'不能離開X-Y平面地移位。因此驅動模塊11始終保持在X-Y平面內。
驅動模塊11沿X軸方向的移位使得相關的χ-Y傳感器模塊8被設成與驅動模塊
11一起運動。χ-Y傳感器模塊8借助于連接彈簧10和同步彈簧9與驅動模塊11的連接以及與鄰近傳感器模塊8和Z傳感器模塊12的連接產生了 X-Y傳感器模塊8在X-Y平面內的運動。運動的方向在X軸與Y軸之間成大約45°的角度，同本示意性實施例中X-Y傳感器模塊8的支承對應。因此主動地被驅動的驅動模塊11沿X-Y方向驅動X-Y傳感器模塊8。在兩個驅動模塊11之間設置兩個Z傳感器模塊12并且與X軸平行。Z傳感器模塊12借助于連接彈簧10連接到兩個鄰近的X-Y傳感器模塊8。每個Z傳感器模塊12借助于兩個外連接彈簧10'還連接到兩個錨固件13。外連接彈簧10'允許Z傳感器模塊大體上沿X方向的運動。由于外連接彈簧10'的設置，將沿Y方向發(fā)生微小的運動。然而運動大體的方向是沿X軸方向。不管怎樣，Z傳感器模塊還保持在X-Y平面內并且不移動離開X-Y平面。傳感器I的驅動運動如圖2所示。從這幅圖中可以看到驅動模塊11沿著X軸沿箭頭方向移動。這使得連接彈簧10以及同步彈簧9也移動X-Y傳感器模塊8。因此X-Y傳感器模塊8被間接地驅動。雖然對于X-Y傳感器模塊8從根本上可能還包括諸如梳狀電極的專用驅動元件，但是在本發(fā)明的有利實施例中沒有這樣設置。只有驅動模塊11被有利地主動地(actively)驅動。從圖中可以看出，外連接彈簧10'收縮而將X-Y傳感器模塊8連接到萬向懸架3的連接彈簧7伸長。X-Y傳感器模塊8沿離X軸與Y軸大約45°的方向移動。通過來回移動驅動模塊11，X-Y傳感器模塊8也相對于中央錨固件2徑向移動。Z傳感器模塊12保持靜止。這適用于驅動模塊11反相移動的情況。這意味著驅動模塊11同時地遠離中央錨固件2以及向中央錨固件回退移動。相反地，在傳感器I不同的運行模式中，也可能是驅動模塊11同相移動。在這種情況中，即使在零轉速的狀態(tài)，Z傳感器模塊12隨驅動模塊11 一起沿X方向移動，而X-Y傳感器模塊8還自X軸與Y軸沿45°方向移動。然而，X-Y傳感器模塊8的運動是使得傳感器模塊同時向左然后同時向右移動。因此兩個X-Y傳感器模塊8總是朝中央錨固件2移動，而與Y軸處于相對位置的兩個X-Y傳感器模塊8遠離所述中央錨固件2移動。圖3示出了傳感器I檢測Z轉速時圖1中示意性實施例的俯視圖。對于Z轉速，傳感器I的基底繞Z軸旋轉。這導致沿徑向振蕩的X-Y傳感器模塊繞Z軸偏轉。這由于內部和外部的錨固彈簧4的對應彎曲發(fā)生。X-Y傳感器模塊8借助于連接彈簧10相應剛度與Z傳感器模塊12的連接導致Z傳感器模塊大體上沿X方向偏轉。Z傳感器模塊12的這種偏轉能夠借助于諸如電極的傳感器元件(未示出)而改變Z傳感器模塊彼此的距離，其中所述傳感器元件的一側固定至基底而另一側連接到Z傳感器模塊12。所述改變的電信號能夠用于檢測Z傳感器模塊12沿X方向的運動，并且因而確定Z轉速。當然，因為這里在X-Y平面內還發(fā)生位置改變，所以同樣可能的是借助于連接到X-Y傳感器模塊8和驅動模塊11的傳感器檢測相應的Z轉速。然而，最明確的運動借助于Z傳感器模塊12產生，由于這個原因借助于所述Z傳感器模塊12能夠最簡單且明確地完成檢測。圖4示出了圖1中傳感器I沿Y軸的剖面圖。在這里所示的狀態(tài)中，傳感器I在檢測繞Y軸的轉速。當傳感器I或其基底繞Y軸旋轉時，由于驅動模塊11與X-Y傳感器模塊8振蕩，科氏力作用在X-Y傳感器模塊8上，導致了 X-Y傳感器模塊8繞X軸旋轉。由于萬向懸架3這是可能的，其中外環(huán)6相對于內環(huán)5離開X-Y平面移動。將X-Y傳感器模塊8連接到驅動模塊11與Z傳感器模塊12的連接彈簧10也伸長并且因而允許X-Y傳感器模塊8離開X-Y平面的運動。所述繞X軸的傾斜/傾轉運動能夠借助于傳感器元件21，和21"檢測。傳感器元件21'附著在基底20上，而傳感器元件21"附著在X-Y傳感器模塊8上。X-Y傳感器模塊8繞X軸傾斜/傾轉改變了傳感器元件21'與21"的間距，由此所述平板電極的電信號改變。因而繞X軸的傾斜/傾轉運動能夠被檢測并且能夠得出繞Y軸轉速的結論。從該示意圖能夠看出，Z傳感器模塊12不離開最初的X-Y平面移動。由于傳感器模塊借助于外連接彈簧10'連接到錨固件13，所述模塊保持在所述X-Y平面內。圖1中傳感器I沿X軸的剖面圖也在圖5中示出，其中繞X軸出現轉速。繞X軸的轉速導致X-Y傳感器模塊8繞Y軸傾斜/傾轉。驅動模塊11像未示出的Z傳感器模塊那樣地保持在X-Y平面內。只有X-Y傳感器模塊8與萬向懸架3即錨固彈簧4、內環(huán)5以及外環(huán)6—起繞中央錨固件2和Y軸傾斜/傾轉。正如之前的示意圖，傳感器元件21'與21"的兩個平板電極的間距這里再次改變。這種改變能夠檢測傳感器模塊8繞Y軸的旋轉并且因而成為用于傳感器I的X轉速的指示。同步彈簧9和連接彈簧10允許X-Y傳感器模塊8離開X-Y平面的運動。相反地，連接彈簧10'將驅動模塊11保持在X-Y平面內。另一個示意性實施例在圖6中示出。驅動模塊因而被顯示為驅動模塊對。每對驅動模塊由兩個單獨的驅動模塊IP制成。每個驅動模塊Ip連接到錨固件13。每個單獨的驅動模塊11'與X-Y傳感器模塊8之間的連接使用連接結構22。所述布置使得X-Y傳感器模塊8的偏轉甚至更容易。彈簧位置以及整個結構的動力學因而能夠進一步優(yōu)化。另外功能與之前描述的相同。圖7為X-Y傳感器模塊8布置的另一個實施例的草圖。所述示意圖想要闡明X-Y傳感器模塊不需總是同最初的X軸、Y軸以及Z軸對齊。距離同樣可以增加以使得在所述中心外模塊彼此接近。其余結構與之前附圖的結構類似。當然，在任何時候本發(fā)明相對于所示的示意性實施例的改型是可能的。特別是不是所有情況都需要萬向懸架。對應彈簧的設計也能獨自產生X-Y傳感器模塊與一個或甚至更多錨固件的連接。錨固件2不是必須在最初X軸、Y軸以及Z軸居中地安置。因此同樣可能的是，例如，每個X-Y傳感器模塊8包括沒有在所述中心安置的專用錨固件。驅動模塊11與Z傳感器模塊12的設計也不受這里示出示意圖的限制。這同樣適用于X-Y傳感器模塊。外部錨固件13的分布和布置也能夠以與此處所示的不同方式實現。設置也可以是使得一個錨固件被用作用于兩個相鄰驅動模塊11和Z傳感器模塊12的錨固件，兩個模塊連接到該錨固件。彈簧的微調能夠用于影響各個模塊運動的振幅。當然各個模塊運動的類型也能夠借助于各個模塊與對應彈簧的布置和接合影響。參考標號I微轉速傳感器2中央錨固件3萬向懸架4錨固彈簧5 內環(huán)6 外環(huán)7連接彈簧8 X-Y傳感器模塊9 同步彈簧10連接彈簧
11驅動模塊12Z傳感器模塊13外部的錨固件20基底21傳 感器元件
權利要求
1.一種用于檢測繞正交軸(x、y、z)多個轉速的微轉速傳感器，所述微轉速傳感器包括 基底(20)； 多個模塊，所述模塊相對于所述基底(20 )能夠移位并且在平行于所述基底(20 )的X-Y平面內安置； 多個錨固件(2、13 )，所述錨固件用于將所述模塊連接至所述基底(20 ); 彈簧(4、10)，所述彈簧用于將至少一些所述模塊連接到至少一個相鄰的模塊上或連接到至少一個錨固件(2、13)上； 驅動元件，所述驅動元件用于沿X方向振蕩至少多個所述模塊，以便當所述基底(20)偏轉時產生科氏力；以及 傳感器元件(21)，以便檢測由于產生的科氏力導致所述模塊的偏轉， 其特征在于， 所述模塊分為驅動模塊(11)、X-Y傳感器模塊(8 )或Z傳感器模塊(12)， 所述X-Y傳感器模塊(8)借助于彈簧(10)連接到所述驅動模塊(11)和所述Z傳感器模塊(12)上，并且 所述X-Y傳感器模塊(8 )與所述驅動模塊(11)之間的連接為使得當所述驅動模塊(11)被驅動以沿X方向振蕩時，所述X-Y傳感器模塊(8)借助于所述驅動模塊(11)被驅動以沿X-Y方向振蕩。
2.根據前一權利要求所述的微轉速傳感器，其特征在于，所述X-Y傳感器模塊(8)的驅動方向設置在X軸與Y軸之間，優(yōu)選地與X軸成45°角。
3.根據前述權利要求的一項或多項所述的微轉速傳感器，其特征在于，所述X-Y傳感器模塊(8)繞中央懸架安置、尤其繞至少一個中央錨固件(3)安置。
4.根據前述權利要求的一項或多項所述的微轉速傳感器，其特征在于，所述X-Y傳感器模塊(8)借助于沿X方向振蕩的所述驅動模塊(11)能夠被驅動以沿徑向振蕩或偏移離開中心。
5.根據前述權利要求的一項或多項所述的微轉速傳感器，其特征在于，在所述X-Y傳感器模塊(8)與所述中央懸架之間安置彈性連接件、尤其具有繞X軸、Y軸和Z軸旋轉軸線的萬向懸架(3)。
6.根據前述權利要求的一項或多項所述的微轉速傳感器，其特征在于，所述彈性的萬向懸架(3)包括兩個環(huán)(5、6)，其中所述兩個環(huán)借助于彼此偏置的扭曲彈簧(4)而彼此相連。
7.根據前述權利要求的一項或多項所述的微轉速傳感器，其特征在于，每個X-Y傳感器模塊(8 )沿X-Y傳感器模塊(8 )的驅動方向能夠移位地但針對X-Y傳感器模塊(8 )離開X-Y平面的運動無法移位地連接到所述萬向懸架(3)的外環(huán)(6)上。
8.根據前述權利要求的一項或多項所述的微轉速傳感器，其特征在于，所述X-Y傳感器模塊(8)借助于彈簧(10)連接至所述Z傳感器模塊(12)，以使得當沿X-Y方向和繞Z軸發(fā)生所述X-Y傳感器模塊(8)的振蕩運動時，所述Z傳感器模塊(12)在X-Y平面內大體上沿X方向振蕩。
9.根據前述權利要求的一項或多項所述的微轉速傳感器，其特征在于，所述X-Y傳感器模塊(8)借助于彈簧 (10)連接至所述Z傳感器模塊(12)，以使得當沿X-Y方向發(fā)生所述χ-Y傳感器模塊(8)的振蕩運動時，所述Z傳感器模塊(12)基本上靜止，并且當繞Z軸發(fā)生所述X-Y傳感器模塊(8)的振蕩旋轉運動時，所述Z傳感器模塊(12)大體上沿X方向振蕩。
10.根據前述權利要求的一項或多項所述的微轉速傳感器，其特征在于，在所述X-Y傳感器模塊(8)之間安置有同步彈簧(9)。
11.根據前述權利要求的一項或多項所述的微轉速傳感器，其特征在于，每個所述X-Y傳感器模塊(8)借助于彈簧(10)連接到至少一個驅動模塊(11)和至少一個Z傳感器模塊(12)上。
12.根據前述權利要求的一項或多項所述的微轉速傳感器，其特征在于，所述驅動模塊(11)和/或所述Z傳感器模塊(12)分別借助于彈簧(10')安置在至少一個、優(yōu)選兩個錨固件(13)上。
13.根據前述權利要求的一項或多項所述的微轉速傳感器，其特征在于，設置兩個驅動模塊(11)或成對的驅動模塊(Ir )。
14.根據前述權利要求的一項或多項所述的微轉速傳感器，其特征在于，一對驅動模塊(Ili )中的驅動模塊(11)借助于連接彈簧(22)彼此連接。
15.根據前述權利要求的一項或多項所述的微轉速傳感器，其特征在于，所述驅動元件為用于驅動所述驅動模塊(11)的電極。
16.根據前述權利要求的一項或多項所述的微轉速傳感器，其特征在于，所述傳感器元件(21)與所述X-Y傳感器模塊(8)和/或所述Z傳感器模塊(12)相關聯。
17.一種用于檢 測繞正交軸U、1、z)多個轉速的微轉速傳感器的操作方法，其中所述微轉速傳感器包括基底(20)和驅動模塊(11 )、X-Y傳感器模塊(8)以及Z傳感器模塊(12)， 其特征在于， 所述驅動模塊(11)通過驅動元件驅動以沿X方向振蕩，并且所述X-Y傳感器模塊(8)通過與所述驅動模塊(11)的連接被驅動以在X-Y方向上相對于中心徑向地振蕩，并且 當所述基底(20 )繞X軸或Y軸出現轉速時，所述X-Y傳感器模塊(8 )繞Y軸或X軸一起地偏轉，并且當所述基底(20)繞Z軸出現轉速時，所述X-Y傳感器模塊(8)繞Z軸旋轉并且所述Z傳感器模塊(12)大體上沿X方向偏轉。
18.根據前一權利要求所述的方法，其特征在于，所述X-Y傳感器模塊通過沿X方向振蕩的所述驅動模塊(11)被驅動以相對于中央懸架徑向地振蕩。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微轉速傳感器，包括基底；多個模塊；多個錨固件；彈簧；驅動元件；以及傳感器元件。模塊被分成驅動模塊、X-Y傳感器模塊或Z傳感器模塊。X-Y傳感器模塊借助于彈簧連接到驅動模塊和Z傳感器模塊，當驅動模塊被驅動以沿X方向振蕩時，X-Y傳感器模塊借助于驅動模塊沿X-Y方向振蕩。在一種微轉速傳感器的操作方法中，驅動模塊通過驅動元件驅動以沿X方向振蕩，并且X-Y傳感器模塊通過到驅動模塊的連接驅動以徑向地向中心沿X-Y方向振蕩。當基底繞X軸或Y軸出現轉速時，X-Y傳感器模塊繞Y軸或X軸接合地偏轉，并且當基底繞Z軸出現轉速時，X-Y傳感器模塊繞Z軸旋轉并且Z傳感器模塊沿X方向偏轉。
文檔編號G01C19/5705GK103185575SQ20121058498
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權日2011年12月28日
發(fā)明者加布里埃萊·卡薩尼卡, 盧卡·科洛納多 申請人:馬克西姆綜合產品公司