[發(fā)明專利]微機(jī)械結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310511795.8
• 申請(qǐng)日: 2013-10-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103776437B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J·克拉森;R·舍本
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號(hào): G01C19/5712
• 分類號(hào): G01C19/5712;B81B3/00;B81B7/02
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 郭毅

本發(fā)明涉及一種微機(jī)械結(jié)構(gòu)，特別是轉(zhuǎn)速傳感器，其具有襯底，襯底具有主延伸平面，微機(jī)械機(jī)構(gòu)用于探測(cè)繞垂直于主延伸平面延伸的第一方向的第一轉(zhuǎn)速、用于探測(cè)繞平行于主延伸平面延伸的第二方向的第二轉(zhuǎn)速并且用于探測(cè)繞平行于主延伸平面并且垂直于第二方向延伸的第三方向的第三轉(zhuǎn)速，微機(jī)械結(jié)構(gòu)具有被驅(qū)動(dòng)繞平行于第一方向的旋轉(zhuǎn)軸線進(jìn)行扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)元件，微機(jī)械結(jié)構(gòu)還具有用于探測(cè)第一轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器裝置，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)元件在平行于主延伸平面的平面中完全環(huán)繞轉(zhuǎn)速傳感器裝置，微機(jī)械結(jié)構(gòu)具有轉(zhuǎn)速傳感器裝置在扭轉(zhuǎn)振動(dòng)元件處的至少一個(gè)第一連接件，其特征在于，微機(jī)械結(jié)構(gòu)具有轉(zhuǎn)速傳感器裝置在襯底處的至少一個(gè)第二連接件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明從一種按照獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分的微機(jī)械結(jié)構(gòu)出發(fā)。

背景技術(shù)

由現(xiàn)有技術(shù)已知了微機(jī)械結(jié)構(gòu)或者轉(zhuǎn)速傳感器。這樣的裝置多年以來(lái)在批量生產(chǎn)中制造用于多種應(yīng)用，例如在汽車領(lǐng)域中和在消費(fèi)電子裝置領(lǐng)域中。近期多軸轉(zhuǎn)速傳感器明顯最多。在消費(fèi)電子裝置領(lǐng)域中這尤其涉及三軸的或三通道的轉(zhuǎn)速傳感器或者微機(jī)械結(jié)構(gòu)。在此，除關(guān)于微機(jī)械結(jié)構(gòu)的精度和其他性能的方面以外，這樣的微機(jī)械轉(zhuǎn)速傳感器的小的結(jié)構(gòu)尺寸以及所伴隨的低成本也是決定性的。在此在技術(shù)上能夠?qū)⑷ǖ擂D(zhuǎn)速傳感器（即具有典型地分別相互垂直地設(shè)置的三個(gè)感測(cè)軸線或者感測(cè)方向的轉(zhuǎn)速傳感器）或者三個(gè)單通道轉(zhuǎn)速傳感器設(shè)置在一個(gè)殼體中或者一個(gè)裝置中，例如放置在一個(gè)芯片上。除此以外已知其他解決方案，其中三軸性（例如至少相對(duì)于兩個(gè)轉(zhuǎn)速軸線的轉(zhuǎn)速靈敏性，即繞平行于和垂直于襯底的主延伸平面延伸的軸線）通過(guò)復(fù)雜耦合的結(jié)構(gòu)以共同的驅(qū)動(dòng)模式示出。最后的變型方案能夠?qū)崿F(xiàn)微機(jī)械結(jié)構(gòu)或者微機(jī)械的或者微機(jī)電的構(gòu)件的減小的結(jié)構(gòu)尺寸，從而可減小結(jié)構(gòu)尺寸并且可實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)單的分析處理電路，這尤其對(duì)于消費(fèi)電子裝置應(yīng)用而言是有利的。文獻(xiàn)DE102008042369A1公開(kāi)了例如三個(gè)并排設(shè)置的傳感器結(jié)構(gòu)，其中各一個(gè)傳感器結(jié)構(gòu)覆蓋轉(zhuǎn)速傳感器的一個(gè)測(cè)量軸線或者一個(gè)感測(cè)方向，其中這些相互并排設(shè)置的傳感器結(jié)構(gòu)通過(guò)一個(gè)共同的驅(qū)動(dòng)梁相互連接。由于所述設(shè)置，微機(jī)械結(jié)構(gòu)或者轉(zhuǎn)速傳感器的面積需求相對(duì)較高。因此，在盡可能最大程度的微型化方面，這些方案看起來(lái)是充滿希望的，其中可以應(yīng)用用于探測(cè)繞多個(gè)軸線的轉(zhuǎn)速的各個(gè)質(zhì)量。其示例是具有旋轉(zhuǎn)盤(pán)的微機(jī)械結(jié)構(gòu)或者執(zhí)行扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的盤(pán)，但其功能首先限于兩個(gè)平行于襯底的主延伸平面的感測(cè)旋轉(zhuǎn)軸線，這通常以下方式表示：感測(cè)的旋轉(zhuǎn)軸線或者繞其可以探測(cè)轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)軸線以x方向和以y方向識(shí)別，其中x方向和y方向相應(yīng)于傳感器襯底的平面并且繞這兩個(gè)相互垂直的軸線的相應(yīng)轉(zhuǎn)速通常以Ω_x和Ω_y表示。這樣的微機(jī)械結(jié)構(gòu)的繞第三空間方向的附加敏感性——通常稱為Ω_z靈敏度或者Ω_z功能性，即在微機(jī)械結(jié)構(gòu)繞垂直于傳感器襯底的平面的Z軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)的靈敏性——必須通過(guò)附加結(jié)構(gòu)確保。為此，文獻(xiàn)EP1832841A1和US2010/0154541A1提出一種直線振動(dòng)器，其設(shè)置在盤(pán)或者扭轉(zhuǎn)振動(dòng)裝置的空缺中并且通過(guò)彈簧可運(yùn)動(dòng)地耦合到所述盤(pán)。這樣的結(jié)構(gòu)的重要缺點(diǎn)在于，不僅科里奧利力而且強(qiáng)烈的離心力作用到用于Ω_z探測(cè)的探測(cè)質(zhì)量上，所述離心力嚴(yán)重疊加有用信號(hào)——即科里奧利信號(hào)。科里奧利力的值與震動(dòng)質(zhì)量的質(zhì)量、垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的速度和轉(zhuǎn)速的乘積的兩倍成比例。離心力的值與震動(dòng)質(zhì)量的質(zhì)量、角頻率的平方以及繞旋轉(zhuǎn)軸線的半徑成比例。如果速度（垂直于旋轉(zhuǎn)軸線）作為較頻率和半徑的積，則作為離心力與科里奧利力的比值得出轉(zhuǎn)速Ω與角頻率的兩倍的比值，即例如在20kHz的驅(qū)動(dòng)頻率以及已經(jīng)選擇的相當(dāng)較大的1000度每秒的轉(zhuǎn)速的情況下產(chǎn)生離心力的值與科里奧利力的值的比值為7200。雖然在雙倍頻率下出現(xiàn)離心信號(hào)，然而為了避免過(guò)調(diào)必須在分析處理電路中維持輸入級(jí)的相應(yīng)較大的動(dòng)態(tài)范圍，從而由此使傳感器的分辨率惡化。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種微機(jī)械結(jié)構(gòu)或者一種轉(zhuǎn)速傳感器，其不具有現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)并且——在或者三軸轉(zhuǎn)速傳感器或者具有平行于襯底的主延伸平面的感測(cè)方向和垂直于襯底的主延伸平面的感測(cè)方向的兩軸轉(zhuǎn)速傳感器的情況下——尤其具有在繞垂直于主延伸平面的軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)相對(duì)于離心力的更大不敏感性。