微陀螺仪制造技术

本发明专利技术涉及一种用于确定关于ｘ、ｙ或ｚ轴的旋转运动的微陀螺仪。至少一个锚固定在基底上。几个（特别是四个）相对于锚径向振荡的质量块通过弹簧固定到锚上。使用驱动元件，以振荡方式在ｘ轴或ｙ轴方向上摆动至少单个质量块，以在基底偏斜时产生科里奥利力。使用传感器元件感测质量块因科里奥利力发生的偏斜。振荡质量块连接到至少一个远处的非振荡质量块，该非质量块能与基底上的振荡质量块一起围绕至少一个锚进行旋转。该远处质量块与传感器元件相连。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种与权利要求1的术语相对应的微陀螺仪。
技术介绍
微陀螺仪通常用于确定围绕x-y-z坐标系统的某个轴的旋转运动。因此，为确定 系统分别围绕三个轴中每个的旋转运动，需要三个这种微陀螺仪。因而控制微陀螺仪和评 估数据是昂贵且耗时的。因此，可以制造一种三维微陀螺仪，该微陀螺仪能确定在全部三个轴上的旋转。D. Wood等人在其1996年的文章“一种能同时感知三个轴的单片硅式陀螺仪”(A Monolithic Silicone Gyroscope Capable of Sensing about Three Axes Simultaneously)中提出了 一种陀螺仪，该陀螺仪可具有围绕中央锚设置的环形振荡质量块，能感知由可能产生的科 里奥利力所引起的倾斜和旋转运动。然而其缺点是，这种传感器的制造以及该质量块的驱 动是很困难或根本难以实现的。因此，D. Wood等人的设计几乎只停留在理论层面。在“一种抵抗耦合效应的创新型微陀螺仪的设计及其动力学分析”(Design and Dynamics of an Innovative Microgyroscope against Coupling Effects) 一文中，作者 Nan-Chyuan Tsai也提出了一种三维陀螺仪，然而缺点在于该陀螺仪具有内盘和外环，以及 四个移动质量块，难于确定偏斜、尤其是内盘的偏斜。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是，制造一种记录精度高且制造成本合理的三维微陀螺仪。本专利技术的目的通过具备权利要求1所述特征的微陀螺仪得以实现。该微陀螺仪的 优点在于，除振荡质量块外，其还具有至少一个间接安装在锚上的质量块。振荡质量块和附 加质量块的各自的传感元件用于感测科里奥利力引起的偏斜。该方法也用于感测摆动和/ 或旋转运动。锚可以由不同部件组合而成，也可是一个单件。如果所述锚由几个部件组成， 则每个振荡质量块可设置在锚的其中一个部件上。重要的是，首先，要使振荡质量块能够在 远离锚和接近锚的方向上进行径向运动，其次，要使振荡质量块能够围绕锚进行偏斜和旋 转运动。因此，振荡质量块一方面可用作驱动质量块，另一方面，科里奥利力能够使各质量 块的运动进行传递。这样，借助各相应的传感元件，能够感测陀螺仪(尤其是其基底)围绕 x、y、z轴的旋转。优选且非限制性地，用于确定振荡质量块偏斜的传感元件设置在该振荡质量块 的下方——即，振荡质量块和基底之间。这样，所述传感元件能够——如果其为例如电容 式——通过张力的变化来感测振荡质量块的偏斜。传感元件用于感测附加质量块的旋转运 动，其可以是与附加质量块相连的电容式传感器，也可以是等效传感器，该等效传感器能确 定与该传感元件的固定件之间距离的改变。如果附加质量块为围绕振荡质量块的环或框，则效果更好。这样，该振荡质量块的 外周被紧固，且支撑着附加质量块。从而获得能抵御外部冲击的稳定系统。3如果用弯曲弹簧将附加质量块固定在基底上，则该质量块还能够地支撑起自身， 以适当缓冲外部作用在系统上的冲击，从而避免误测。如果弯曲弹簧使附加质量块围绕ζ轴旋转，则该弯曲弹簧还能轻松地传递相应的 科里奥利力，使附加质量块偏斜，而不会对其产生阻碍。优选地，应当将锚设置在中央，以实现在全部四个旋转轴上的良好一致的偏斜。如果振荡质量块固定在中央锚上，则也能获得一致且对称的系统，以实现在全部 三个旋转方向上良好一致的偏斜。在本专利技术的一个优选设计中，振荡质量块和中央锚之间设置了中央盘。该中央盘 能使振荡质量块及一个或多个适当地安装在振荡质量块上的附加质量块进行偏斜和旋转 运动。如果中央盘以万向接头方式固定在锚上，则这种固定方式能使质量块围绕X轴和y 轴摆动。为使振荡质量块径向运动，最好用弹簧将其连接到中央盘上，如果没有中央盘，则 用更多弹簧将其直接连接到锚和/或附加质量块上。这样，振荡质量块能够沿χ-y平面来 回摆动。优选地，弹簧设计为能防止振荡质量块在ζ轴方向上运动，尤其当振荡质量块固定 到中央盘上、而该中央盘以能进行运动的方式安装时。如果弹簧在ζ轴方向上相对硬性，则 只有当中央盘为弹性安装，且附加质量块在该方向上牢固连接到振荡质量块时，振荡质量 块才有可能在ζ轴方向上产生偏斜。为使振荡质量块摆动一致，最好使用同步弹簧将振荡质量块彼此连接起来。该同 步弹簧一方面使围绕锚的圆周方向上具有特定弹性，从而使振荡质量块在其线性径向运动 中稍微彼此分开。另一方面，一旦振荡质量块具有不按照平稳同步的方式内外摆动的倾向， 同步弹簧将阻碍振荡质量块的运动。如果将弹性质量块以及附加质量块和/或中央盘围绕ζ轴以可动方式安装、尤其 是通过合适的弹簧进行安装时，由于科里奥利力的作用，振荡质量块和附加质量块可进行 旋转运动，所述科里奥利力通过这些质量块在适当方向上的运动来影响ζ轴。所述旋转运 动可由传感器元件感测和估值。优选地，设置电极——特别是叉状或梳形电极——以驱动振荡质量块。这些电极 驱动振荡质量块进行适当摆动，从而产生频率预定的预期摆动。附图说明本专利技术进一步的优点和其他专利技术理念将通过以下描述的实施例得以体现，其中 图1为本专利技术的可能的设计的概图2为图1对应的陀螺仪的工作原理示意图； 图3为本专利技术的另一实施例； 图4为图3对应的设计的驱动结构； 图5为图3对应的设计的中央盘； 图6为图3对应的设计的外框。具体实施例方式图1示意了根据本专利技术的微陀螺仪的可能的实施例。四个振荡驱动质量块2设置在中央锚1上，该中央锚1固定在基底上，该基底平置于绘图平面上。质量块2通过弹簧3 连接到锚1上，这样，弹簧不但能在绘图平面上围绕锚1旋转，还能围绕平置于绘图平面上 的旋转轴摆动。弹簧3在图中为菱形标记，其也能使驱动质量块2从中央锚1来回径向摆 动。因此，驱动质量块径向振荡。为实现上述操作，可设置例如驱动元件(未示意)以驱动电 极，该电极将质量块2保持在振荡运动中。驱动质量块2被附加质量块围绕，在本实施例中 该附加质量块为环4。该环4通过弹簧5连接到质量块2。所述弹簧5设置和定位为，一方 面尽可能不阻碍质量块2的振荡运动，而另一方面在旋转和摆动方向上将环4与驱动质量 块2连接起来。如果产生科里奥利力，在其作用下驱动质量块2和环4发生偏斜，则振荡质 量块和环4形状的附加质量块连接在一起，并发生同样的偏斜。相应地，弹簧5被设计为可 以在径向方向上屈服，而在其他方向上仍保持刚性。然而，在其他设计中，也可以将弹簧5 设计为可以使振荡质量块倾斜，而使附加质量块或环4不倾斜。在这种情况下，在除围绕ζ 轴的旋转方向外，弹簧5是柔软的。在此，当存在围绕χ轴或y轴、相对于环4的倾斜运动， 且该环4在其x-y平面内保持非倾斜状态时，振荡模块产生运动。同步弹簧6设置在四个驱动质量块2之间。这些同步弹簧6支撑驱动质量块2进 行同步摆动。因此，当驱动质量块2径向外移、两个驱动质量块2之间的距离增大时，以及 当驱动质量块2朝中心移回、其之间的距离减小时，同步弹簧能使驱动质量块2进行特定的 旋转。另一方面，当驱动质量块2试图进行不均勻振荡时，同步弹簧保持硬性。传感器电极能够感测距离的改变，其设置在驱动质量块2的下方、环4的区域内， 优选为沿着环4的外周设置。这些传感器电极包括例如具有电容效应的盘本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于确定围绕ｘ轴、ｙ轴或ｚ轴的旋转运动的微陀螺仪，该微陀螺仪具有：　　基底，该基底上固定有至少一个锚；　　多个质量块，优选为四个关于所述锚进行径向振荡的振荡质量块，在这种情形下，这些振荡质量块用弹簧固定至所述锚；　　驱动元件，用于使至少单个质量块在ｘ轴或ｙ轴方向上振荡摆动，以在基底偏斜时产生科里奥利力，以及　　传感器元件，用于感测所述质量块因产生的科里奥利力而发生的偏斜；　　其特征在于：所述振荡质量块连接至至少一个附加质量块，该附加质量块不振荡，但能与振荡质量块一起在基底上围绕至少一个锚旋转，且该附加质量块配备了附加的传感器元件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE102008002748.02008年6月27日1.用于确定围绕χ轴、y轴或Z轴的旋转运动的微陀螺仪，该微陀螺仪具有基底，该基底上固定有至少一个锚；多个质量块，优选为四个关于所述锚进行径向振荡的振荡质量块，在这种情形下，这些 振荡质量块用弹簧固定至所述锚；驱动元件，用于使至少单个质量块在χ轴或y轴方向上振荡摆动，以在基底偏斜时产生 科里奥利力，以及传感器元件，用于感测所述质量块因产生的科里奥利力而发生的偏斜；其特征在于所述振荡质量块连接至至少一个附加质量块，该附加质量块不振荡，但能 与振荡质量块一起在基底上围绕至少一个锚旋转，且该附加质量块配备了附加的传感器元 件。2.根据权利要求1所述的微陀螺仪，其特征在于所述传感器元件设置在所述振荡质 量块的下方，以感测所述振荡质量块的偏斜。3.根据以上任一项权利要求所述的微陀螺仪，其特征在于 绕着所述振荡质量块。4.根据以上任一项权利要求所述的微陀螺仪，其特征在于 簧固定至所述基底。5.根据以上任一项权利要求所述的微陀螺仪，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历桑德鲁·罗基，
申请(专利权)人：感应动力股份公司，
类型：发明
国别省市：AT