本发明专利技术提供一种用于测量Ｘ－Ｙ传感器平面中角速度的Ｘ及Ｙ分量的双轴传感器。所述双轴传感器包含用于测量角速度的所述Ｘ分量的第一子传感器及用于测量角速度的所述Ｙ分量的第二子传感器。所述第一子传感器及所述第二子传感器含纳于所述双轴传感器内的单个气密密封内。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及角速度传感器，且更特定来说涉及具有两个振荡检测质量块的平 面内角速度传感器。
技术介绍
常常使用惯性传感器来执行对角速度的感测。广泛地说，惯性角速度传感器 通过驱动所述传感器进行第一运动并测量所述传感器的第二运动来起作用，所述 第二运动响应于所述第一运动及待感测的角速度两者。常常由致动器驱动传感器内的质量块(通常称作检测质量块)使其振荡。传 感器的旋转向振荡质量块传递科里奥利(Coriolis)力，所述科里奥利(Coriolis) 力与角速度(或旋转速率)成比例且取决于角速度向量相对于所述检测质量块的 速度向量的定向。所述科里奥利(Coriolis)力、所述角速度向量及所述质量速度 向量相互垂直。例如，在绕Y轴旋转的传感器内沿X方向移动的检测质量块会 经受Z方向上的科里奥利(Coriolis)力。类似地，在绕Z轴旋转的传感器内沿X 方向移动的检测质量块会经受Y方向上的科里奥利(Coriolis)力。最后，在绕X 轴旋转的传感器内沿X方向移动的检测质量块不会经受科里奥利(Coriolis)力。 传递给检测质量块的科里奥利(Coriolis)力通常是通过测量传感器内响应于所述 科里奥利(Coriolis)力的运动而间接感测到的。最近，微机械加工技术(也称作MEMS技术)的发展己导致各种MEMS角 速度惯性传感器的发展。MEMS技术主要是一种平面技术，其中适用于驱动平面 内运动的MEMS致动器往往与适用于驱动平面外运动的MEMS致动器显著地不 同。类似地，适用于测量响应于科里奥利(Coriolis)力的平面内运动的MEMS 传感器往往与适用于测量响应于科里奥利(Coriolis)力的平面外运动的MEMS 传感器显著地不同。这些不同既是结构上的不同也是性能上的不同。为检测由上述质量速度、角速度及科里奥利(Coriolis)力的相互垂直而引 起的平面内角速度分量，平面内MEMS角速度传感器必须驱动平面外运动或感 测平面外运动。相反，为检测平面外角速度分量，平面外MEMS角速度传感器 可驱动并感测两个垂直的平面内运动。由于MEMS技术的平面性质，平面内 MEMS传感器与平面外MEMS传感器往往显著地不同。5某些已知的平面内MEMS角速度传感器具有两个经驱动以进行振荡的检测 质量块。例如，卡代尔莱(Cardarelli)的美国专利第6,481,283号教示了一种平 面内MEMS传感器。在卡代尔莱(Cardarelli)的坐标中，装置平面为YZ平面。 在第一实施例中，卡代尔莱(Cardarelli)教示了沿+AY方向(即，平面内)颤动 的两个质量块。绕Z轴的角速度导致所述两个质量块上的X方向上的科里奥利 (Coriois)力。所述两个质量块附装到可绕Z轴旋转的常平架以使质量块上X 方向上的力向所述常平架提供Z方向上的扭矩。使所述两个质量块颤动以具有相 反方向的速度，因此所述两个科里奥利(Coriolis)力向绕Z轴的常平架提供净扭 矩。感测常平架绕Z轴的运动。在第二实施例中，卡代尔莱(Cardarelli)教示了沿+AX方向(即，平面外) 颤动的两个质量块。绕Z轴的角速度导致所述两个质量块上Y方向上的科里奥利 (Coriolis)力。所述两个质量块附装到可绕Z轴旋转的常平架以使质量块上Y 方向上的力向常平架提供Z方向上的扭矩。使所述两个质量块颤动以具有相反方 向的速度，因此所述两个科里奥利(Coriolis)力向绕Z轴的常平架提供净扭矩。 感测常平架绕Z轴的运动。具有两个经驱动以进行振荡的检测质量块的另一已知平面内MEMS角速度 传感器教示于麦考尔(McCall)等人的美国专利第6,508,122号中。麦考尔(McCa11)等人教示了一种具有横向设置于装置平面中并沿此平面方向相对于彼此异相颤 动的两个不相互连接的质量块的平面内MEMS传感器。为明确起见，令装置平 面为XY平面，且令所述颤动为沿X方向。由于Z方向上的科里奥利(Coriolis) 力，当使传感器绕Y轴旋转时质量块沿Z方向振荡。感测所述质量块Z方向上 的振荡。卡代尔莱(Cardarelli)与麦考尔(McCall)等人的方法的动机都来源于抑制 来自角速度测量的"共模"干扰的愿望。例如，在受到与待感测的科里奥利 (Coriolis)力相同方向上的线性加速度影响时，具有单个检测质量块的角速度传 感器可记录不正确的读数。如果有两个质量块，则响应于科里奥利(Coriolis)力 但通常不响应于与科里奥利(Coriolis)力相同方向上的线性加速度的各种布置是 可能的，其中包含上文提到的布置。通常，这种布置取决于驱动所述两个质量块 使其速度总是相等且相反。任何背离相等及相反速度的情况都是不利的，因为这 一背离减小了对科里奥利(Coriolis)力的所期望响应且增大了对线性加速度的不 期望响应。然而，在实践中并不是直接地驱动具有相等及相反速度的两个质量块。例如， 两个名义上相同且同样安装的质量块在实践中可不同，因此以相同的致动驱使这 两个质量块提供不相等且相反的速度。致动器在有效性上往往也不同，因此即使 两个质量块相同且同样安装，连接到所述两个质量块的致动器的变化也可提供不 相等且相反的质量速度。类似地，连接到致动器的电路可不相同，等等。因此，己知的两质量块平面内角速度传感器通常尚未完全实现两质量块配置所预示的 共模抑制。目的及优点本专利技术的一个目标是提供因机械地抑制两个质量块沿相反方向移动而具有 改善的测量精确度的平面内角速度传感器，以此改良共模抑制。本专利技术的另一目标是提供因感测及驱动电子产品的垂直集成而具有降低的 成本的角速度传感器。本专利技术的又一目标是提供具有低成本气密封装的角速度传感器。本专利技术的再一目标是提供因使用提供具有增大的行程距离的较大检测质量 块的体MEMS技术而具有改善的性能的角速度传感器。本专利技术的另一目标是提供通过使用具有附装到质量块的杆臂的扭矩安装及 静电驱动板以增大质量块行程距离而具有改善的性能及降低的成本的角速度传 感器。本专利技术的又一目标是提供具有集成到同一装置电路小片上的X轴角速度传 感器及Y轴角速度传感器的低成本双轴平面内陀螺仪模块。
技术实现思路
一般来说，在一个方面中，本说明书描述了用于测量X-Y传感器平面中的 角速度的X及Y分量的双轴传感器。所述双轴传感器包含用于测量角速度的X 分量的第一子传感器及用于测量角速度的Y分量的第二子传感器。用于测量角速 度的X分量的所述第一子传感器及用于测量角速度的Y分量的所述第二子传感 器含纳于所述双轴传感器内的单个气密密封内。特定的实施方案可包含以下特征中的一个或一个以上。第一子传感器及第二 子传感器可由所述单个气密密封内的势垒密封分隔开。所述势垒密封可减小第一 子传感器与第二子传感器之间的声耦合。所述势垒密封可包含形成于其中的一个或一个以上沟道以准许单个气密密封内的第一子传感器与第二子传感器两者上 的压力均衡。可使用体硅制造来制造所述双轴传感器。第一子传感器及第二子传 感器可含纳于所述双轴传感器的矩形空腔内。所述双轴传感器可进一步包含形成于所述矩形空腔上方的隔膜。所述双轴传感器可进一步包含一个或一个以上支柱 来支撑空腔中的隔膜。所述双轴传感器可进一步包含一个或一个以上支柱来支持与本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于测量Ｘ－Ｙ传感器平面中角速度的Ｘ及Ｙ分量的双轴传感器，所述双轴传感器包括： 第一子传感器，其用于测量角速度的所述Ｘ分量；及 第二子传感器，其用于测量角速度的所述Ｙ分量， 其中用于测量角速度的所述Ｘ分量的所述第一子传感器及用于测量角速度的所述Ｙ分量的所述第二子传感器含纳于所述双轴传感器内的单个气密密封内。
【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：史蒂文S纳西里，约瑟夫西格，马丁利姆，安东尼弗朗西斯小弗兰纳里，亚历山大卡斯特罗，
申请(专利权)人：因文森斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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