用于惯性传感器的耦合设备制造技术

一种耦合设备，其允许惯性传感元件框架反相位运动，但基本上防止框架同相位运动。该耦合设备包括耦合在第一和第二传感元件框架之间的至少一个杆和支撑所述杆的至少一个支撑结构。所述至少一个结构耦合到框架下方的基板上。当框架沿基本上平行的轴线彼此反相位移动时，所述结构允许所述杆绕一枢转点旋转，但基本上防止框架同相位运动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总的涉及传感器，更具体地说，本专利技术涉及惯性传感器。
技术介绍
惯性传感器，诸如MEMS陀螺仪，通常会受到驱动频率中的旋转振动(通常称为“摆动”(wobble))的不利影响。特别是，如果MEMS陀螺仪不能区分旋转振动与旨在检测的实际运动，MEMS陀螺仪就可能产生错误的读数。而且，具有振动质量体、例如陀螺仪的MEMS装置的形状畸变会对横向于纵向驱动指状物(drive finger)的力产生不平衡。这种不平衡会引起不能与科里奥利(Coriolis)力相区别的净力。因而陀螺仪产生假输出。这些形状畸变存在至少两个来源。一个由基板的表面剪切力(例如，切割时的释放/晶片弯曲)引发。另一个是由组件的不均匀膨胀和施加的加速度(例如，对角G×G)引发。G×G误差的一些原因论述在IEEE设计2004年会刊1-6页Geen，J.A.的“集成陀螺仪的进展”中，其全部内容在此引入作为参考。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种用于耦合惯性传感元件框架的设备，以便允许惯性传感元件框架反相位运动，但基本上防止框架同相位运动。依照本专利技术的一个方面，提供了一种用于耦合惯性传感器的传感元件的设备。该设备包括耦合在第一和第二传感元件框架之间的至少一个杆和支撑所述杆的至少一个支撑结构。所述至少一个结构耦合到框架下方的基板上。当框架沿基本上平行的轴线彼此反相位移动时，所述结构允许所述杆绕-枢转点旋转，但基本上防止框架的同相位运动。在一个示例性实施例中，该设备还包括从其中一个框架延伸并通过第一长挠曲件(flexure)互连在一起的第一对短挠曲件和从另一个框架延伸并通过第二长挠曲件互连在一起的第二对短挠曲件。所述杆大体上在第一和第二长挠曲件的中点处将第一长挠曲件互连到第二长挠曲件上。所述至少一个支撑结构包括支撑所述杆的至少一个锚固挠曲件。所述锚固挠曲件与所述杆大体上在所述杆和所述锚固挠曲件的中点相交。锚固挠曲件的各个端部锚固到基板上。每个长挠曲件通常耦合成随着所述杆的旋转而弯曲。在本专利技术的另一个示例性实施例中，该设备还包括从其中一个框架延伸的第一挠曲件和从另一个框架延伸的第二挠曲件。所述杆将第一和第二挠曲件互连。所述至少一个支撑结构包括支撑所述杆的至少一个锚固挠曲件。每个锚固挠曲件包括在一端锚固到所述至少一个基板上并向后折叠180度以与所述杆相抵接的结构。所述至少一个锚固挠曲件可包括绕枢转点设置的四个锚固挠曲件。每个锚固挠曲件通常锚固到邻接于所述杆的基板上。每个第一和第二挠曲件可包括耦合在两端的两个基本上平行的元件，其中一个元件与框架相耦合，另一个元件与所述杆相耦合，使得两个元件随着所述杆的旋转弯曲。依照本专利技术的另一个方面，提供了一种用于耦合惯性传感器的传感元件的设备，所述设备包括用于耦合装置第一与第二传感元件框架的耦合装置和用于支撑所述耦合装置的支撑装置。所述支撑装置耦合到框架下方的基板上。当框架沿分开的基本上平行的轴线彼此反相位移动时，所述支撑装置允许所述耦合装置绕-枢转点旋转，但基本上防止框架同相位运动。在第一示例性实施例中，所述耦合装置包括从其中一个框架延伸并通过第一长挠曲件互连在一起的第一对短挠曲件；从另一个框架延伸并通过第二长挠曲件互连在一起的第二对短挠曲件；和杆，所述杆大体上在第一和第二长挠曲件的中点处将第一长挠曲件互连到第二长挠曲件上。所述支撑装置可包括支撑所述杆的锚固挠曲件，锚固挠曲件与所述杆大体上在所述杆和所述锚固挠曲件的中点相交，锚固挠曲件的各个端部锚固到基板上。每个长挠曲件可耦合成随着所述杆的旋转而弯曲。在本专利技术的另一个示例性实施例中，所述耦合装置包括从其中一个框架延伸的第一挠曲件；从另一个框架延伸的第二挠曲件；和将第一和第二挠曲件互连的杆。所述支撑装置可包括支撑所述杆的至少一个锚固挠曲件，每个锚固挠曲件包括在一端锚固到所述至少一个基板上并向后折叠180度以与所述杆相抵接的结构。所述至少一个锚固挠曲件可包括绕枢转点设置的四个锚固挠曲件。每个锚固挠曲件可锚固到邻接于所述杆的基板上。每个第一和第二挠曲件可包括耦合在两端的两个基本上平行的元件，其中一个元件与框架相耦合，另一个元件与所述杆相耦合，两个元件耦合成随着所述杆的旋转而弯曲。在本专利技术的典型实施例中，所述至少一个基板绕垂直于平面的轴线的旋转引起框架运动。附图说明参考附图，从下面进一步的说明中将更全面地领会本专利技术的前述内容和优点，其中图1示意显示了依照本专利技术的示例性实施例配置的陀螺仪线性阵列；图2示意显示了依照本专利技术的示例性实施例、用于耦合图1所示的两个框架的耦合设备；图3示意显示了第一对陀螺仪的另一实施例的补充细节； 图4显示了图3所示的陀螺仪所使用的具体耦合设备的更多细节；和图5显示了依照本专利技术的示例性实施例的具体平衡器的更多细节。附图用于示例性目的，可以不按比例描绘。具体实施例方式在示例性实施例中，惯性传感器具有多个独立传感元件。下面详细论述示例性实施例。图1示意显示了依照本专利技术示例性实施例配置的微机电系统(即，“MEMS”)的阵列10。具体地说，MEMS装置的阵列10结合在一起，有效地执行单个陀螺仪的功能。为此，阵列10包括四个MEMS陀螺仪12A-D，全部MEMS陀螺仪12A-D都固定到一公共的下伏基板(未显示)上。做为选择，MEMS陀螺仪12A-12D也可以固定到不同的基板上。每个陀螺仪12A-12D包括至少一个振动质量体(在此分别被称为“谐振器14A、14B、14C或14D”，或统称为“谐振器14”)，1)所述至少一个振动质量体以恒定的频率沿X轴振动，2)所述至少一个振动质量体与单个加速度计框架(在此分别被称为“框架16A、16B、16C或16D”，或统称为“框架16”)。举例来说，谐振器14只在X轴方向是顺从(compliant)的，而框架16只在Y轴方向是顺从的。因此，任何一个陀螺仪12A-12D绕Z轴的旋转都使得谐振器14产生施加给加速度计框架16的科里奥利力。一旦接收到该科里奥利力，框架16就沿Y轴移动。电容耦合指状物18检测到该Y轴运动，并将其转换成表示角加速度大小的信号。在示例性实施例中，陀螺仪12A-12D类似于美国专利号6,505,511和6,122,961中披露的陀螺仪，这些文件披露的全部内容在此引入作为参考。陀螺仪12A-12D也可类似于专利技术人John Green在2003年2月6日提交的共同待定的美国专利申请号10/360,987中披露的陀螺仪，该文件披露的全部内容在此引入作为参考。如上所述，在示例性实施例中，不同的陀螺仪12A和12D具有公共的质心，陀螺仪产生反相位信号12B和12C。所以阵列10配置成使得陀螺仪12A-12D的位置以及各自的谐振器14的相位实现该结果。因而具体的放置、陀螺仪12A-12D的数量以及其谐振器14的相位相互协调，以保证它们共享一个公共的质心。图1显示了产生所要求的结果的示例性配置。特别是，阵列10包括具有第一和第二陀螺仪12A和12B的第一对陀螺仪12A/B和具有第三和第四陀螺仪12C和12D的第二对陀螺仪12C/D。如图所示，各对陀螺仪的谐振器14相位错开180度操作，它们的框架16的耦合方式将在下面论述。但是，第一对陀螺仪12A/B不与第二对陀螺仪12C/D耦合。当以图1所示的方式定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于耦合惯性传感器的传感元件的设备，该设备包括：耦合在第一和第二传感元件框架之间的杆；和支撑所述杆的至少一个支撑结构，所述至少一个结构耦合到所述框架下方的基板上，当框架沿分开的基本上平行的轴线彼此反相位移动时，所述结构允许所述杆绕一枢转点旋转，但基本上防止框架同相位运动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰A吉恩，威廉姆A克拉克，邝锦波，
申请(专利权)人：模拟设备公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]