[發明專利]用于減小非線性運動的構型

有效

• 申請號: 201811189802.6
• 申請日: 2015-01-21
• 公開（公告）號: CN109520489B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 奧贊·阿納奇;約瑟夫·西格
• 申請（專利權）人: 應美盛公司
• 主分類號: G01C19/5712
• 分類號: G01C19/5712
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 楊明釗;寧曉

本申請涉及用于減小非線性運動的構型。其中，披露了用于修改彈簧質量構型的多個實施例，這些實施例將不想要的非線性運動對MEMS傳感器的影響最小化。這些修改包括以下任何各項中的任一項或任何組合：在該彈簧質量構型的多個旋轉結構之間提供一個剛性元件、在這些旋轉結構之間調諧一個彈簧系統并且將一個電消除系統聯接至這些旋轉結構上。在進行這樣不想要的線性運動時，將例如不想要的二階諧振運動最小化。

本申請是申請日為2015年1月21日，申請號為201510030426.6，發明名稱為“用于減小非線性運動的構型”的申請的分案申請。

相關申請的交叉引用

本申請根據美國法典第35卷第119條第(e)款要求于2014年1月21日提交的題目為“3軸框架微陀螺儀的性能改進(PERFORMANCE IMPROVEMENTS ON 3-AXIS FRAME MICROGYROSCOPES)”美國臨時專利申請號61/929,838的權益，該申請通過引用以其全部內容結合在此。

發明領域

本發明總體上涉及角速度傳感器并且更具體地涉及包括被引導質量系統的角速度傳感器。

背景

角速度的感測通常是通過使用振蕩式速率陀螺儀來進行的。振蕩式速率陀螺儀廣泛地通過驅動傳感器進行第一運動并且測量傳感器響應于該第一運動和有待感測的角速度進行的第二運動來起作用。

通常，傳感器內的一個質量(通常被稱為檢測質量)被一個致動器驅動而進行振蕩。傳感器的旋轉對該振蕩質量施加了一個科里奧利力，這個力是與角速度(或轉速)成正比的并且取決于角速度矢量相對于該檢測質量的速度矢量的取向。科里奧利力、角速度矢量以及該檢測質量的速度矢量是相互正交的。例如，在圍繞Y軸旋轉的一個傳感器中沿X方向運動的一個檢測質量受到Z指向的科里奧利力。類似地，在圍繞Z軸旋轉的一個傳感器中沿X方向運動的一個檢測質量受到Y指向的科里奧利力。最后，在圍繞X軸旋轉的一個傳感器中沿X方向運動的一個檢測質量不受科里奧利力。被施加至該檢測質量的這些科里奧利力通常是通過測量該傳感器中響應于這些科里奧利力而得到的多個運動來間接感測的。

用于感測圍繞一條平面內軸線(即X軸或Y軸)的角速度的傳統陀螺儀可以是平面外驅動的，并且科里奧利響應是在平面內感測的或者反之亦然。平面外驅動與平面內驅動相比趨向于是更低效的、需要額外制造步驟、并且受到非線性特性的限制。例如，平面外驅動該檢測質量可能在該檢測質量下面需要一個大的豎直空隙或一個空腔以便提供足夠的空間來供該檢測質量振蕩。在該檢測質量之下形成一個空腔需要額外制造步驟并且增加成本。典型地，使用平行板式靜電致動器來在平面外驅動該檢測質量。這些致動器被形成在該檢測質量與基板之間。靜電力取決于該檢測質量與該基板之間的空隙。因為這個檢測質量在平面外振蕩，靜電力是非線性的，這趨向于限制裝置性能。另外，由于在該檢測質量之下需要具有大的豎直空隙或一個空腔，這個靜電力被減小。實現大幅度振蕩需要大的力并且可能需要高電壓致動。增加高電壓致動增大了集成電路的制造成本和復雜性。

此外，傳統的多軸陀螺儀可能使用以獨立頻率振蕩的多個結構來感測角速率。每個結構都需要一個單獨的驅動電路來使對應的檢測質量振蕩。具有不止一個驅動電路使成本和功率消耗增大。

相應地，所希望的是提供一種克服了以上問題的系統和方法。

概述

本發明解決了這樣的需要。

披露了用于修改彈簧質量構型的多個實施例，這些實施例將不想要的非線性運動對微電子機械系統(MEMS)傳感器的影響最小化。這些修改包括以下各項中的任何一項或任何組合：在該彈簧質量構型的多個旋轉結構之間提供一個剛性元件、在這些旋轉結構之間調諧一個彈簧系統并且將一個電消除系統聯接至這些旋轉結構上。在進行這樣不想要的線性運動時，將例如不想要的二階諧振運動最小化。

本公開的實施例涉及以下方面：