[發明專利]用于測量旋轉率的微型機械傳感器以及相應的方法

有效

• 申請號: 201110432509.X
• 申請日: 2011-12-21
• 公開（公告）號: CN102589539B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: T.奧姆斯;R.舍本;T.林德曼;D.C.梅塞爾;B.施密特
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: G01C19/5712
• 分類號: G01C19/5712;B81C1/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 曹若,楊國治

技術領域

本發明涉及一種用于測量旋轉率（Drehrate）的微型機械傳感器、一種相應的方法、一種用于制造測量旋轉率的微型機械傳感器的方法以及相應的應用。

背景技術

微型機械的旋轉率傳感器應用在許多技術領域中，例如在慣性-和GPS-導航裝置或者在汽車技術中，例如用于行駛穩定系統，如ESP等，或者用于汽車的導航。例如WO?03/064975?A1公開的旋轉率傳感器是以這樣的測量原理為依據，即在這種測量原理中測量作用到機械運動系統的科氏力。為了能測量科氏力，驅動反向振動的地震質量，所述地震質量在出現旋轉時要經歷一種垂直于振動平面，并且垂直于鄰近的旋轉率的旋轉軸的科氏力并且因此發生偏移。為了測量科氏力通常將電極設置在地震質量上，這些電極和相應的對應電極形成可變化的電容。當地震質量通過作用到它的科氏力發生偏移時電容發生變化。然后借助這種變化可確定科氏力，并且最后能確定旋轉率。

本發明內容

在權利要求1中定義了一種用于測量旋轉率的微型機械傳感器，它包括第一和第二地震質量，其中，第一和第二地震質量借助彈簧元件彼此連接，用于在第一平面中驅動第一和第二地震質量的第一和第二驅動裝置，其中，至少一個驅動裝置與地震質量中的至少一個連接，用于補償垂直于第一平面地對至少一個驅動裝置施加作用的干擾力的補償裝置，以及用于測量旋轉率的測量裝置。

在權利要求5中定義了一種用于測量旋轉率的方法，這種方法特別適合用按照權利要求1-4中的至少任一項所述的微型機械傳感器執行，所述方法包括下述步驟：

借助第一和第二驅動裝置驅動第一和第二地震質量，其中，借助彈簧元件第一和第二地震質量彼此連接；第一和第二地震質量基本在第一平面中振動；測量垂直于第一平面地作用到至少一個驅動裝置的干擾力；補償作用到至少一個驅動裝置的測量的干擾力；測量朝被驅動的第一和/或第二地震質量上的科氏力；以及借助作用到第一和/或第二地震質量的科氏力求出旋轉率。

在權利要求9中定義了用于制造特別是按照權利要求1-4中的至少任一項所述的微型機械傳感器的方法，它包括下述步驟：

設置第一和第二地震質量；將地震質量中的至少一個地震質量和至少一個驅動裝置連接起來；借助至少一個彈簧元件連接第一和第二地震質量；設置用于測量旋轉率的測量裝置；以及設置用于補償作用到至少一個驅動裝置上的干擾力的補償裝置。

在權利要求10中規定將按照權利要求1-4中的至少任一項所述的微型機械傳感器用于測量旋轉率。

本發明的優點

在權利要求1中定義的微型機械傳感器、在權利要求5中定義的用于測量旋轉率的方法以及在權利要求9中定義的用于制造微型機械傳感器的方法具有如下優點，即可補償在制造微型機械傳感器時的結構缺點或者缺陷，而這些缺點或者缺陷會導致在確定旋轉率時出現干擾信號。這可改進測量旋轉率時的精確度，因為例如可避免，然而至少可大大減少旋轉率出現偏差，所謂的偏移。其中，這類偏移可通過地震質量的振動平面、測量裝置的平面、例如基質的平面—在其中設置有作為測量裝置的對應電極—的非平行設置出現。

在從屬權利要求中列出的特征涉及本發明的有關主題的一些有利的改進方案。

根據一個優選的改進方案，補償裝置基本垂直地在驅動裝置的上面和/或下面的區域中有間距地設置。其中，這種做法的優點是，由此可以直接和簡單的方式補償作用到驅動裝置的干擾力。

根據另一有利的改進方案補償裝置，和/或驅動裝置包括至少一個，特別是兩個電極。借助至少一個電極可以簡單和成本有利的方式補償垂直于第一平面作用到驅動裝置的干擾力，并且進一步改進測量旋轉率的精確度。

根據另一有利的改進方案，許多補償裝置基本平行，和/或垂直于第一平面和第一和第二地震質量的偏移方向地設置在第二平面中。當補償裝置沿著地震質量的所希望的偏移方向平行設置時可補償干擾力，因為隨著偏移的增加沿驅動方向的干擾力也增加，并且補償裝置相應地能將補償力最佳地傳送到驅動裝置。這種補償例如可通過作為補償裝置的電極來完成。

通過平行于第一平面和平行于驅動裝置的偏移方向合適地設置電極，當偏移變得更大時可達到電極和驅動裝置的更大的覆蓋，這樣，通過電極有相應更大的力到達驅動裝置。

當許多補償裝置垂直于地震質量的偏移方向地設置時，可以補償導致驅動裝置沿著垂直于偏移方向的Z方向的不同偏移的力，例如驅動裝置內部的彎曲。然后按照這種方式根據相應驅動裝置的X或者Y位置，不同大小的補償力可作用到驅動裝置上。總之，這進一步改進了旋轉率的測量精度。