一种角速度传感器及组合式角速度传感器制造技术

本申请提供一种角速度传感器及组合式角速度传感器，属传感器技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种角速度传感器及组合式角速度传感器


[0001]本申请涉及传感器
，尤其涉及一种角速度传感器及组合式角速度传感器
。

技术介绍

[0002]角速度传感器是一种用于测量物体旋转速度的重要装置
。
它在许多领域中都有广泛的应用，包括航空航天
、
汽车工业
、
工业自动化等
。
[0003]在传统的角速度传感器中，驱动模式和感测模式通常是通过共享一些结构来实现的，这意味着在角速度传感器工作期间，驱动结构和感测结构之间存在相互干扰的可能性
。
这种干扰可能导致角速度传感器输出的信号受到噪声的影响，从而降低了测量精度和可靠性
。
也即是，现有的角速度传感器在驱动模式和感测模式之间存在一定的耦合问题，这限制了其性能和可靠性
。
[0004]因此，需要一种驱动模式和感测模式能够完全解耦的角速度传感器，以提高角速度传感器的性能和可靠性
。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，本申请实施例提供了一种角速度传感器及组合式角速度传感器，可以使驱动模式和感测模式完全解耦
。
[0006]该角速度传感器用于测量
Z
轴向的角速度
。
该角速度传感器包括用于定义“参考面”或“参考平面”的衬底，以及与参考平面垂直的
Z
轴
。
方便起见，参考平面是制造
MEMS
结构
(
质量块r/>、
悬臂梁
、
运动框架
、
固锚等
)
的晶圆的平面
。
[0007]第一方面，本申请公开一种角速度传感器
。
该角速度传感器可包括：
[0008]第一对连接到运动框架的振动模块，构成驱动模式运动；在第一预先设计的频率下，第一对振动模块同步且反向运动；
[0009]第二对振动模块，构成感测模式运动；在感测模式运动的方向上，第二对振动模块在第二预先设计的频率下做反向运动；
[0010]驱动模式机械放大结构，将第一对振动模块弹性地耦合到运动框架上，用于放大第一对振动模块在驱动模式运动的方向上相对于运动框架的运动；和
[0011]感测模式机械放大结构，将第一对振动模块和第二对振动模块弹性连接起来，感测模式机械放大结构用于将科里奥利力引起的第一对振动模块的运动，转换并放大为第二对振动模块在感测模式运动的方向上的运动；驱动模式运动与感测模式运动之间机械解耦；
[0012]其中，驱动模式运动的方向垂直于运动框架运动的方向，感测模式运动的方向平行于驱动模式运动的方向，且垂直于
Z
轴
。
[0013]在一些实施例中，称为驱动模块的第一对振动模块，包括第一质量块
、
第二质量块
、
第一驱动梭架
、
第二驱动梭架
、
第三驱动梭架和第四驱动梭架，第一质量块的第一端机
械耦合到第一驱动梭架，第一质量块的第二端机械耦合到第二驱动梭架上，第一驱动梭架和第二驱动梭架在驱动模式运动的方向上运动形成第一质量块的驱动模式运动；第二质量块的第一端机械耦合到第三驱动梭架，第二质量块的第二端机械耦合到第四驱动梭架，第三驱动梭架和第四驱动梭架在驱动模式运动的方向上产生第二质量块的驱动模式运动；
[0014]其中第一对振动模块与运动框架弹性连接，可执行驱动模式下两质量块的反向运动；
[0015]其中第一驱动梭架
、
第二驱动梭架
、
第三驱动梭架
、
第四驱动梭架和运动框架分别通过一个振动模式机械放大结构弹性连接在一起，以机械方式放大驱动模式运动
。
[0016]在一些实施例中，第一驱动梭架
、
第二驱动梭架
、
第三驱动梭架和第四驱动梭架分别通过一个第一挠曲件机械约束，以使第一驱动梭架
、
第二驱动梭架
、
第三驱动梭架和第四驱动梭架仅在驱动模式运动的方向上移动
。
[0017]在一些实施例中，运动框架包括中部运动框架和两个外侧运动框架，中部运动框架与两个外侧运动框架通过运动框架耦合器弹性连接，运动框架耦合器用于抑制外侧运动框架和中部运动框架的同向运动
。
[0018]在一些实施例中，两个外侧运动框架和中部运动框架均设置有第五挠曲件，以限制两个外侧运动框架和中部运动框架仅沿
Y
轴运动；
[0019]Y
轴与
Z
轴垂直，且
Y
轴平行于第一对振动模块的排列方向
。
[0020]在一些实施例中，第二对振动模块，称为感测模块，包括第一感测梭架和第二感测梭架；
[0021]其中第一对振动模块和第二对振动模块通过感测模式机械放大结构弹性连接在一起，以机械方式沿
Y
方向放大科里奥利力感应运动，并将其转换为第一感测梭架和第二感测梭架沿
X
方向的运动；
[0022]其中该结构抑制了驱动模块中的对称的第一质量块和第二质量块的同向运动，以及对称的第一感测梭架和第二感测梭架的同向运动；
[0023]其中，在没有
Z
轴角速度的情况下，驱动模式和感测模式完全解耦；
[0024]其中通过器件层可定义一个参考平面和垂直于该参考平面的
Z
轴
。
[0025]在一些实施例中，第一感测梭架和第二感测梭架上分别设置有一个第二挠曲件，以使第一感测梭架和第二感测梭架仅在感测模式运动的方向上移动
。
[0026]在一些实施例中，感测模式机械放大结构包括中心对称布置的四个刚性悬臂梁，靠近第一质量块的两个刚性悬臂梁通过第三可移动枢轴连接到第一质量块，靠近第二质量块的两个刚性悬臂梁通过第四可移动枢轴连接到第二质量块；
[0027]第一质量块的科里奥利力引起的运动的方向和第二质量块的科里奥利力引起的运动的方向均与每个刚性悬臂梁形成非零角度
。
[0028]在一些实施例中，在第一质量块和第二质量块反向运动的过程中，连接至第一质量块的两个刚性悬臂梁之间的内角变大，连接至第二质量块的两个刚性悬臂梁之间的内角也变大，以将第一质量块的科里奥利力引起的运动和第二质量块的科里奥利力引起的运动，放大为第二对振动模块在感测模式运动的方向上的运动
。
[0029]在一些实施例中，第三可移动枢轴通过第三挠曲件机械约束，以使第三可移动枢轴仅在科里奥利力引起的运动的方向上运动；
[0030]第四可移动枢轴通过第四挠曲件机械约束，以使第四可移动枢轴仅在科里奥利力引起的运动的方向上运动
。
[0031]在一些实施例中，感测模式机械放大结构包括传感弹簧系统，传感弹簧系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种角速度传感器，用于测量
Z
轴的角速度，其特征在于，所述角速度传感器包括：第一对连接到运动框架的振动模块，构成驱动模式运动；在第一预先设计的频率下，所述第一对振动模块同步且反向运动；第二对振动模块，构成感测模式运动；在所述感测模式运动的方向上，所述第二对振动模块在第二预先设计的频率下做反向运动；驱动模式机械放大结构，将所述第一对振动模块弹性地耦合到所述运动框架上，用于放大所述第一对振动模块在所述驱动模式运动的方向上相对于所述运动框架的运动；和感测模式机械放大结构，将所述第一对振动模块和所述第二对振动模块弹性连接起来，所述感测模式机械放大结构用于将科里奥利力引起的所述第一对振动模块的运动，转换并放大为所述第二对振动模块在所述感测模式运动的方向上的运动；所述驱动模式运动与所述感测模式运动之间机械解耦；其中，所述驱动模式运动的方向垂直于所述运动框架运动的方向，所述感测模式运动的方向平行于所述驱动模式运动的方向，且垂直于所述
Z
轴
。2.
根据权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，所述第一对振动模块包括第一质量块
、
第二质量块
、
第一驱动梭架
、
第二驱动梭架
、
第三驱动梭架和第四驱动梭架；所述第一质量块的第一端机械耦合到所述第一驱动梭架，所述第一质量块的第二端机械耦合到所述第二驱动梭架，所述第一驱动梭架和所述第二驱动梭架用于在所述驱动模式运动的方向上产生所述第一质量块的驱动模式运动；所述第二质量块的第一端机械耦合到所述第三驱动梭架，所述第二质量块的第二端机械耦合到所述第四驱动梭架，所述第三驱动梭架和所述第四驱动梭架用于在所述驱动模式运动的方向上产生所述第二质量块的驱动模式运动；所述第一驱动梭架
、
所述第二驱动梭架
、
所述第三驱动梭架和所述第四驱动梭架分别通过一个所述驱动模式机械放大结构与所述运动框架弹性连接
。3.
根据权利要求2所述的角速度传感器，其特征在于，所述第一驱动梭架
、
所述第二驱动梭架
、
所述第三驱动梭架和所述第四驱动梭架分别通过一个第一挠曲件机械约束，以使所述第一驱动梭架
、
所述第二驱动梭架
、
所述第三驱动梭架和所述第四驱动梭架仅在所述驱动模式运动的方向上移动
。4.
根据权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，所述运动框架包括中部运动框架和两个外侧同步运动的运动框架，所述中部运动框架与两个所述外侧运动框架通过运动框架耦合器弹性连接，所述运动框架耦合器用于抑制所述外侧运动框架和所述中部运动框架的同向运动
。5.
根据权利要求4所述的角速度传感器，其特征在于，两个所述外侧运动框架和所述中部运动框架均设置有第五挠曲件，以限制两个所述外侧运动框架和所述中部运动框架仅沿
Y
轴运动；所述
Y
轴与所述
Z
轴垂直，且所述
Y
轴平行于所述第一对振动模块的排列方向
。6.
根据权利要求2所述的角速度传感器，其特征在于，所述第二对振动模块包括第一感测梭架和第二感测梭架，所述第一感测梭架和所述第二感测梭架通过所述感测模式机械放大结构耦合至所述第一质量块和所述第二质量块
。7.
根据权利要求6所述的角速度传感器，其特征在于，所述第一感测梭架和所述第二感
测梭架上分别设置有一个第二挠曲件，以使所述第一感测梭架和所述第二感测梭架仅在所述感...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔，
申请(专利权)人：复远芯上海科技有限公司，
类型：发明
国别省市：