包括被引导质量系统的微机械陀螺仪技术方案

一种陀螺仪包括一个基底和一个被引导质量系统。该被引导质量系统包括被布置在平行于该基底的一个平面内的多个检测质量和多个引导臂。这些检测质量由多个弹簧联接到该引导臂。该引导臂由多个弹簧联接到该基底。这些检测质量中的至少一者由至少一个锚固件经由一个弹簧系统被直接联接到该基底。该陀螺仪还包括用于使这些检测质量之一在第一方向上振动的一个致动器，这致使另一个检测质量在该平面内旋转。最后，该陀螺仪还包括用于感测该被引导质量系统响应于围绕单条轴线或多条输入轴线的角速度而进行的运动的多个传感器。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种陀螺仪包括一个基底和一个被引导质量系统。该被引导质量系统包括被布置在平行于该基底的一个平面内的多个检测质量和多个引导臂。这些检测质量由多个弹簧联接到该引导臂。该引导臂由多个弹簧联接到该基底。这些检测质量中的至少一者由至少一个锚固件经由一个弹簧系统被直接联接到该基底。该陀螺仪还包括用于使这些检测质量之一在第一方向上振动的一个致动器，这致使另一个检测质量在该平面内旋转。最后，该陀螺仪还包括用于感测该被引导质量系统响应于围绕单条轴线或多条输入轴线的角速度而进行的运动的多个传感器。【专利说明】包括被引导质量系统的微机械陀螺仪 相关申请的交叉引用本申请是2011年9月16日提交的名称为“包括被引导质量系统的微机械陀螺仪(MICROMACHINED GYROSCOPE INCLUDING A GUIDED MASS SYSTEM) ” 的美国专利申请号13/235，296的部分继续申请，该申请的全部内容通过引用结合在此。专利
本专利技术总体上涉及角速度感应器并且更具体地涉及包括被引导质量系统的角速度感应器。 进旦冃月^常常使用振动式速率陀螺仪来进行角速度感测。振动式速率陀螺仪通过驱动该感应器进行第一运动以及通过测量该感应器响应于该第一运动和有待感测的角速度二者而进行的第二运动来广泛起作用。通常，感应器中常被称作检测质量的一个质量被一个致动器驱动而进行振荡。感应器的旋转对该振荡质量施加了一个科里奥利力，这个力是与角速度(或转速)成正比的并且取决于角速度矢量相对于该检测质量的速度矢量的取向。科里奥利力、角速度矢量以及该检测质量的速度矢量是相互正交的。例如，在围绕Y轴旋转的一个感应器中沿X方向运动的一个检测质量受到Z指向的科里奥利力。类似地，在围绕Z轴旋转的一个感应器中沿X方向运动的一个检测质量受到Y指向的科里奥利力。最后，在围绕X轴旋转的一个感应器中沿X方向运动的一个检测质量不受科里奥利力。被施加至该检测质量的这些科里奥利力通常是通过测量该感应器中响应于这些科里奥利力而得到的多个运动来间接感测的。用于感测围绕一条平面内轴线(即X轴或Y轴)的角速度的传统陀螺仪可以是平面外驱动的，并且科里奥利响应是在平面内感测的或者反之亦然。平面外驱动与平面内驱动相比趋向于是更低效的、需要额外制作步骤、并且受到非线性特性的限制。例如，平面外驱动该检测质量可能在该检测质量下面需要一个大的竖直空隙或一个空腔以便提供足够的空间来供该检测质量振荡。在该检测质量之下形成一个空腔需要额外制作步骤，因此成本增加。典型地，使用平行板式静电致动器来在平面外驱动该检测质量。这些致动器被形成在该检测质量与基底之间。静电力取决于该检测质量与该基底之间的空隙。因为这个检测质量在平面外振荡，静电力是非线性的，这趋向于限制该装置的性能。另外，由于在该检测质量之下需要具有大的竖直空隙或一个空腔，这个静电力被减小。实现大幅度振荡需要大的力并且可能需要高电压致动。增加高电压致动增大了集成电路的制作成本和复杂性。此外，传统的多轴陀螺仪可能使用以独立频率振荡的多个结构来感测角速率。每个结构都需要一个单独的驱动电路来使对应的检测质量振荡。具有不止一个驱动电路使成本和功率消耗增大。相应地，所希望的是提供一种克服了以上问题的系统和方法。本专利技术即针对这种需要。 概述—个陀螺仪包括一个基底和一个被引导质量系统。该被引导质量系统包括一个第一检测质量、一个第二检测质量和一个弓I导臂。该第一检测质量、该第二检测质量和该引导臂被放置在平行于该基底的一个平面内。该第一检测质量通过一个第一弹簧被联接到该引导臂；该第二检测质量通过一个第二弹簧被联接到该第一检测质量。该引导臂通过一个第三弹簧被联接到该基底。该第二检测质量由一个锚固件和一个弹簧系统联接到该基底。该陀螺仪还包括用于使该第一检测质量在一个第一方向上振动的一个致动器，该致动器使该第二检测质量在该平面内旋转。最后，该陀螺仪包括至少一个传感器，该至少一个传感器用于感测该被引导质量系统的一个部分响应于围绕该平面内的一条第一输入轴线的角速度而在该平面外的方向上进行的运动。 附图简要说明图1A展示了包括被应力释放框架围绕的被引导质量系统的一个单轴陀螺仪的一个实施例。图1B示出了图1A的单轴陀螺仪的一个检测质量沿着X轴的截面。图1C展示了当外部荷载被施加到图1A的单轴陀螺仪上时该基底以及该检测质量的形状。图2A展示了根据本专利技术的第一单轴陀螺仪构形的一个实施例。图2B展示了当基底翘曲时图2A的陀螺仪。图3展示了图2A所示的单轴陀螺仪的修改，以便实现一个双轴陀螺仪。在这个实施例中，检测质量经由弹簧系统被联接到该基底。图4A展示了根据本专利技术包括被引导质量系统的一个单轴纵摇陀螺仪的一个实施例。图4B示出了图4A中给出的单轴陀螺仪的一个不同实施例。图5展示了图4A所示的单轴陀螺仪的修改，以便实现一个双轴陀螺仪。图6展示了根据本专利技术包括平衡式被引导质量系统的一个双轴陀螺仪的一个实施例。图7展示了根据本专利技术包括多重被引导质量系统的一个三轴陀螺仪的一个实施例。 详细说明提供以下说明是为了使得本领域普通技术人员能够制造和使用本专利技术，并且以下说明是在一项专利申请及其要求的背景下提供的。对于这些优选实施例的不同修改和在此说明的一般原理和特征将是本领域技术人员容易了解的。因而，本专利技术并不旨在限于所示的这些实施例、而是应被给予与在此说明的这些原理和特征一致的最广泛的范围。图1A展示了根据一个实施例包括被应力释放框架402围绕的被引导质量系统400的一个单轴陀螺仪。在2011年9月16日提交的名称为“包括被引导质量系统的微机械陀螺仪(MICROMACHINED GYROSCOPE INCLUDING A ⑶IDED MASS SYSTEM) ”的美国专利申请号13/235，296 (IVS-147/5007P)中描述了陀螺仪400，该申请的全部内容通过引用结合在此。被引导质量系统400包括联接到一个纵摇检测质量650上的一个对称式被引导质量系统200。应力释放框架402经由弹簧108a和108b被连接到引导臂104a和104b上并且环绕这个对称式被引导质量系统200。应力释放框架402包括两个应力释放框架构件404a和404b，这两个应力释放框架构件对应地经由应力释放弹簧408a-d被联接到锚固件406a和406b。锚固件406a和406b被附接到基底101上。应力释放构件404a和404b也可以是挠性的。在一个实施例中，对称式被引导质量系统200包括引导臂104a和104b。两个引导臂104a和104b经由弹簧103a-b和103c_d对应地被挠性地联接到检测质量102a和检测质量102b。这些引导臂104a和104b、检测质量102a和102b以及联接弹簧103a_d形成一个平面四杆联动装置。在一个实施例中，对称式被引导质量系统200可以由联接到这些致动器109a_d上的一个驱动电路来以一定频率进行驱动。在所说明的这些实施例中，这个驱动电路可以是一个单一驱动电路或多个驱动电路。当被引导质量系统200被驱动时，每个弹簧103a、103b、103c、103d、108a和108b在平面内弯曲并且表现为就像用于该四杆联动装置旋转的一个枢转点，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陀螺仪，包括：一个基底；一个被引导质量系统，该被引导质量系统包括至少一个第一检测质量、至少一个第二检测质量和至少一个引导臂；其中该至少一个第一检测质量、该至少一个第二检测质量和该至少一个引导臂被布置在平行于该基底的一个平面内；其中该至少一个第一检测质量通过至少一个第一弹簧被联接到该至少一个引导臂；其中该至少一个第二检测质量通过至少一个第二弹簧被联接到该至少一个第一检测质量；其中该至少一个引导臂通过至少一个第三弹簧被联接到该基底；其中该至少一个第二检测质量通过至少一个第四弹簧被联接到该基底；一个致动器致使该至少一个第一检测质量在一个第一方向振动并且致使该至少一个第二检测质量以及该至少一个引导臂在该平面内旋转；以及至少一个传感器，该至少一个传感器用于感测该被引导质量系统的一个部分响应于围绕该平面内的一条第一输入轴线的角速度而在该平面外进行的运动。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：奥赞·阿纳奇，约瑟夫·西格，
申请(专利权)人：因文森斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US