微机械传感器制造技术

一种用于根据在传感器上所出现的加速力和/或科氏力测定传感器运动的微力学传感器，所述微力学传感器具有一个衬底（5）以及至少一个设置在衬底（5）上并且可以相对于衬底（5）移动的质量块（6）。质量块（6）与衬底（5）和/或两个相向移动的质量块可以借助至少一个弯曲弹簧装置（1）相互连接在一起用于进行相对旋转运动。为了提高弯曲弹簧装置在旋转运动时的线性弹簧特性，所述弯曲弹簧装置（1）具有多个优选两个基本相互平行走向的弹簧条（2），以及至少在一个优选在每个弹簧条（2）上具有至少一个曲折段（3）。

【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用于根据在传感器上所出现的加速力和/或科氏力测定传感器运动的微力学传感器，所述微力学传感器具有一个衬底以及至少一个设置在衬底上并且可以相对于衬底移动的质量块，其中，所述质量块与衬底和/或两个相向移动的质量块可以借助至少一个弯曲弹簧装置相互连接在一起用于进行相对旋转运动。微力学传感器可以用于测定沿着或围绕空间三个正交坐标方向的至少一个方向的加速度和/或转动速率。其工作原理在于一个传感器质量块会相对于一个衬底移动，作为对传感器加速度或转动速率的反应。为此，传感器质量块要设置在衬底上，并且可以借助一个弯曲弹簧装置在衬底上移动，所述弯曲弹簧装置一般由一个或多个弯曲弹簧组成。这些弯曲弹簧的结构主要用于使传感器质量块可以在某些方向上移动。弯曲弹簧的刚度在各空间方向上是不同的，从而多多少少会允许不同的弯曲方向。通过改变弯曲弹簧横截面积以及通过弯曲弹簧的空间移动都可以影响这种不同的可动性。特别是在一种曲折形的弯曲弹簧结构中，可以在曲折段平面达到相对较高的弹性。在理想情况下，弯曲弹簧是线性的， 在这种情况下，其弹性常数是唯一的。线性就意味着作用在指定偏转方向上的恒定作用力总是可以让弹簧发生相同的偏转，而与弹簧已经偏转的程度无关。在现有技术所述传感器的弯曲弹簧中却不是这样的。因此很难对所产生的作用力进行评价分析并且可能会导致评价分析有误。
技术介绍
专利US 6，705，164 B2与WO 01/20259 Al已经公开过几种微力学传感器，在这些微力学传感器中，传感器质量块借助一个弯曲弹簧装置固定在其它的可移动质量块上或者借助一个固定装置固定到一个衬底上。弯曲弹簧装置由多个具有曲折段的弯曲弹簧组成。 通过这些曲折段可以在两种质量块之间或质量块与衬底以及固定装置之间获得弹性运动。 这些曲折段各自借助较短的柄端固定在可相对移动的传感器部件上。其中，弯曲弹簧装置的运动主要受曲折段影响，而不受柄端影响。在现有技术的这种弯曲弹簧装置中，其缺点在于，在相同的作用力下，弯曲弹簧装置的弯曲不会线性偏转。因为在相同的科氏力作用下， 相应传感器质量块的偏转路径会随着偏转的增加而变小，所以这种结构特别不利，在采集相关加速度值或转动速率值时也会产生误差，而为了对其进行修正补偿，需要进行复杂的计算，而这同样也会降低加速度或转动速率读数的精确性与速度。专利US 6,954, 301 B2也公开过一种弯曲弹簧装置，所述弯曲弹簧装置可以沿着较短固定柄端的两侧曲折形移动。通过这种方式虽然可以提高弯曲弹簧装置的线性，但也很难实现一种可控的弯曲弹簧装置刚度。另外，弹簧由于S形运动而不对称，而这会导致很难控制的寄生效应。这种形式的弯曲弹簧装置一般非常柔软，因此在这种弯曲弹簧装置中很难实现一种指定的刚度
技术实现思路
本专利技术的任务在于创造一种微力学传感器，在所述微力学传感器中存在一种弯曲弹簧装置，所述弯曲弹簧装置允许弯曲弹簧装置尽可能地线性偏转。通过一种具有权利要求1所述特征的微力学传感器可以解决本专利技术的任务。—种根据本专利技术所述的微力学传感器具有一个衬底与至少一个设置在衬底上并且可以相对于衬底移动的质量块，所述微力学传感器可以用于测定传感器的线性和/或旋转加速度。这种质量块一方面可以以一个没有外部加速度的固定驱动形式移动，另一方面， 当加速力和/或科氏力作用到传感器上时，这种质量块可以通过采集运动对此做出反应。 这种可移动的传感器质量块借助至少一个弯曲弹簧装置固定在衬底上。也可以借助一个弯曲弹簧装置将多个相互移动的质量块相互连接在一起，并且这些质量块也可以相互相对运动。因此，在这种情况下不需要将传感器质量块直接设置在衬底上。在根据本专利技术所述微力学传感器的几种设计方案中，传感器质量块既可以固定在一个驱动质量块上，也可以与用作初始运动的驱动质量块一起运动，而为了读取加速力和/或科氏力，仅仅只用于相对于驱动质量块移动。传感器质量块与驱动质量块可以用相应的弯曲弹簧装置连接在一起， 弯曲弹簧装置至少具有一个曲折段。根据专利技术所述，为了提高弯曲弹簧装置的线性特性以及在旋转运动时的线性弹簧特性，弯曲弹簧装置具有多个优选两个基本相互平行走向的弹簧条，所述弹簧条带有至少两个基本相互平行走向的弹簧条以及至少在一个优选在每个弹簧条上具有至少一个曲折段。根据本专利技术所述配置有多弹簧条的弯曲弹簧装置可以允许有目的性和针对性的弯曲弹簧装置刚度，所述多弹簧条具有至少两个基本相互平行走向的弹簧条。在至少一个优选在每个弹簧条上额外配置的曲折段非常有利于弯曲弹簧装置弯曲特性的线性。因此， 根据本专利技术所述的这种弯曲弹簧装置至少在曲折段所处的平面中偏转时可以线性均勻地弯曲。虽然在下文优选描述的双弹簧条特别有利，但根据专利技术所述，不仅可以使用双弹簧条，而且还可以使用具有至少两个弹簧条的多弹簧条。另外，也可以配置有多曲折段。通过组合多个可以参与弯曲弹簧装置弯曲的弹簧条以及与其配置在一起的曲折段可以获得一种弹簧特征曲线，即，可以在弯曲弹簧装置的整个偏转区域维持弯曲弹簧装置的线性。如果至少两个弹簧条优选所有弹簧条基本相互平行走向，那么将特别有利。通过这种方式可以实现一种特别均勻的指定弯曲弹簧装置刚度，所述弯曲弹簧装置可以在一个较大的弯曲范围内基本线性偏转。但在本专利技术的另外一种结构中，也设置各个或所有弹簧条不平行走向，而是相互呈锥形走向。弹簧条的这种弯曲结构也比较有利，因为弹簧条不必再平行。可以根据应用情况以及所需的弯曲弹簧装置刚度选择本专利技术的各种有利结构。如果曲折段圆滑过渡至弹簧条，那么通过弯曲产生的应力会更均勻，并且即使是在极端弯曲情况下也不会出现不允许的峰值。与曲折段圆滑过渡至弹簧条从而避免应力峰值相同的是，如果弹簧条同样也圆滑过渡至相邻的部件，优选圆滑过渡至传感器质量块或者是衬底或者是衬底上的一个固定装置，那么也将比较有利。这样的话，不仅可以减少曲折段区域的应力峰值，还可以降低其它弯曲弹簧装置区域的应力峰值。当然，不用将曲折段弄圆就可实现这种圆滑过渡。在本专利技术的一种有利结构中描述了降低处于负荷下的弯曲弹簧装置中的应力并使应力均勻分布的另外一种措施，即，圆滑过渡在走向中具有一种不一样的也就是说不是固定的曲率半径。通过这种方式，不管是曲折段还是弹簧条都可以特别有利地将应力传递给相邻的部件，因此可以提高作用力或作用力矩与所产生偏转之间的相互关系的均勻性以及与之相关的传感器测量的精确性。如果圆滑过渡是椭圆的，那么将特别有利。这样的话就可以特别地降低弹簧中的峰值应力并且不会损坏传感器，即使是由于外部作用的冲击事件引起的峰值应力被引入传感器。在本专利技术的一种特别有利的结构中，曲折段和/或弹簧条分支过渡至传感器质量块、衬底和/或衬底上的固定装置中。这样就可以额外降低过渡位置的应力峰值。这样也有利于弯曲弹簧装置的线性偏转。如果曲折段和/或弹簧条具有一个椭圆形弯曲或一个腹形凹陷或凸起，那么这样也有利于弯曲特性，这种弯曲特性可以在极端情况下，例如机械冲击情况下，降低应力峰值。通过这种方式可以大大避免损伤传感器。弯曲弹簧装置的线性弯曲特性可以提高传感器信号数据的评价分析。比较有利的是，曲折段与弹簧条偏心，特别是曲折段至弯曲弹簧装置活动部件的距离要比至弯曲弹簧装置固定装置的距离要小一些。这样就可以使曲折段一侧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.04.28 DE 102009002701.71.一种用于根据在传感器上所出现的加速力和/或科氏力测定传感器运动的微力学传感器，所述微力学传感器具有一个衬底(5)以及至少一个设置在衬底(5)上并且可以相对于衬底(5)移动的质量块(6)，其中，质量块(6)与衬底(5)和/或两个相向移动的质量块可以借助至少一个弯曲弹簧装置(1)相互连接在一起，从而进行相对旋转运动，其特征在于，为了提高弯曲弹簧装置在旋转运动时的线性弹簧特性，所述弯曲弹簧装置(1)具有多个优选两个基本相互平行走向的弹簧条(2)，以及至少在一个优选每个弹簧条(2)上具有至少一个曲折段(3)。2.根据以上任一权利要求所述的传感器，其特征在于，曲折段(3)圆滑过渡至弹簧条(2)。3.根据以上任一权利要求所述的传感器，其特征在于，弹簧条(2)圆滑过渡至质量块 (6)或衬底(5)或衬底(5)上的固定装置(4)中。4.根据以上任一权利要求所述的传感器，其特征在于，圆滑的过渡部分在走向中具有一种不固定的曲率圆。5.根据以上任一权利要求所述的传感器，其特征在于，圆滑的过渡部分是椭圆形的。6.根据以上任一权利要求所述的传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·哈默，
申请(专利权)人：感应动力股份公司，
类型：发明
国别省市：