转速传感器和用于运行转速传感器的方法技术

本发明专利技术涉及一种转速传感器，其具有包括主延伸平面的衬底、借助探测弹簧能够运动地固定在衬底上的力传递装置和震动质量，其中震动质量通过力传递装置如此能够相对于衬底运动地悬挂，使得震动质量能够借助于驱动装置被激励成绕平行于主延伸平面的驱动轴线的驱动振动，并且在存在平行于主延伸平面并且垂直于驱动轴线的转速时震动质量由于科里奥利力能够被激励成绕垂直于主延伸平面的探测轴线的探测振动，其中，探测弹簧与力传递装置在振动节点的区域中耦合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术从根据权利要求1的前序部分所述的转速传感器出发。
技术介绍
这样的结构是普遍公知的。例如由文献DE10108196A1公开了一种具有科里奥利元件的用于测量转速的转速传感器，所述转速垂直于传感器的衬底平面。所述传感器包括第一科里奥利元件和第二科里奥利元件，它们通过弹簧彼此连接并且被激励成平行于驱动轴线的振动，其中第一探测装置和第二探测装置探测第一科里奥利元件和第二科里奥利元件由于作用到科里奥利元件上的科里奥利力平行于衬底平面的偏转，从而第一探测装置的第一探测信号和第二探测装置的第二探测信号的差与科里奥利力相关并且由此也与转速传感器的转速相关。在此，科里奥利元件通过弹簧元件可运动地连接到驱动框架上并且通过驱动框架间接地连接到衬底上。弹簧元件构造为U形弹簧，其包括两个互相平行地延伸的弯曲弹簧，它们通过顶部固定地彼此连接。通过弯曲弹簧的弯曲能够实现驱动框架和科里奥利元件由于科里奥利力的平行于衬底平面的偏转。此外，构造用于探测平行于衬底平面延伸的转速的转速传感器是已知的。这样的转速传感器例如由文献W02005/043079A2公开。所述转速传感器具有类似的功能原理，其中科里奥利元件被驱动成绕平行于主延伸平面并且垂直于转速延伸的驱动轴线的驱动振动并且由于科里奥利力被偏转成绕垂直于衬底平面的探测轴线的探测振动。在所有所述的转速传感器中，驱动振动和探测振动是不可完全彼此分离的，从而由制造公差决定地产生从驱动运动到探测运动的串扰。所述串扰不利地产生正交信号，其振幅通常比真正的测量信号高四倍。必须耗费地通过合适的措施在设计转速传感器时(例如，有源的所连接的补偿电极)以及在测量信号的电处理时抑制所述正交信号。微机械转速传感器中的正交信号的主要原因在于，由于制造公差不能理想地加工用于悬挂科里奥利元件和驱动装置的所使用的弹簧元件。如果所述弹簧元件受力(例如产生驱动运动)，则其不仅与所施加的力平行地偏转也与所述方向(例如平行于探测方向)正交地偏转，从而实现驱动运动到探测运动中的串扰。
技术实现思路
根据并列权利要求的根据本专利技术的转速传感器和根据本专利技术的用于运行转速传感器的方法相对于现有技术具有以下优点:正交信号显著降低。这通过如下方式实现:探测弹簧在振动节点的区域中耦合在力传递装置上。当激励震动质量进行驱动振动时，所述力传递装置优选在振动节点的区域中保持静止，从而抑制探测弹簧由于驱动振动的变形。通过所述方式抑制驱动振动到探测振动中的串扰，从而使正交信号的形成最小化。特别地因此实现由震动质量和力传递装置组成的系统在衬底上的几乎无力和力矩的悬挂。因此，有利地，不需要补偿结构或者耗费的信号处理。所述探测弹簧分别尤其间接地或直接地连接到衬底上或衬底锚定部上。根据本专利技术的转速传感器尤其包括MEMS部件(微机电系统)，所述MEMS部件在半导体生产工艺中制成。衬底优选包括半导体材料，尤其是硅，其被相应地结构化以构造震动质量、探测弹簧和力传递装置。在此，所述结构化优选在光刻法、蚀刻法、沉积法和/或键合法的范畴内实现。本专利技术的有利构型和扩展方案可由从属权利要求和参考附图的描述中得出。根据一个优选实施方式，力传递装置通过弹簧元件如此与震动质量耦合，使得力传递装置能够通过震动质量的驱动振动被激励成具有振动节点的驻波。有利地，力传递装置如此构造，使得力传递装置通过由于力传递装置与以驱动振动形式振动的震动质量的耦合的激励被激励成驻波。驻波构成一些振动节点，这些振动节点与力传递装置的其余部分相比几乎保持静止，从而不会由于从震动质量串扰到力传递装置上的驱动振动引起探测弹簧的弯曲应力。力传递装置优选在驱动轴线的区域中与震动质量耦合，从而有利地不引起力传递装置垂直于主延伸平面的平移运动。由此有利于振动节点的静止位置。根据一个有利的实施方式，转速传感器具有至少一个相邻的另外的震动质量，其借助于另外的驱动装置能够被激励成绕平行于驱动轴线的另外的驱动轴线的另外的驱动振动，其中所述驱动振动和所述另外的驱动振动是彼此反相地定向，其中所述震动质量和所述另外的震动质量优选通过至少一个弹簧区域彼此弹簧弹性地连接。因此，有利地能够实现转速的差分分析处理。所述震动质量和所述另外的震动质量通过弹簧区域的耦合有利地能够实现运动自由度的限制，从而抑制额外的振动模式和尤其寄生平行模式的形成。弹簧区域尤其包括将所述震动质量和所述另外的震动质量彼此连接的区域，其具有比所述振动质量和所述另外的振动模块更小的材料厚度，从而弹簧区域的刚性相对于所述震动质量和所述另外的震动质量降低并且因此能够实现所述震动质量相对于所述另外的振动质量的弹簧弹性的弯曲。根据一个优选的实施方式，力传递装置通过至少一个驱动弹簧与震动质量耦合，其中所述驱动弹簧包括弯曲弹簧，所述弯曲弹簧沿着基本上平行于转速的感应方向在力传递装置与震动质量之间或在力传递装置的凸起与震动质量的另一凸起之间延伸。此外，驱动弹簧优选平行于驱动轴线延伸。因此，有利地实现震动质量在力传递装置上的悬挂，所述力传递装置能够实现震动质量绕驱动轴线的驱动振动的形成。驱动弹簧尤其按照薄膜铰链的方式间接或直接地构造在震动质量和力传递装置之间。特别地，仅仅导致驻波形成的转矩通过驱动弹簧引入力传递装置中。此外，驱动弹簧还用于为了探测转速而将震动质量绕探测轴线的探测运动传递到力传递装置上。构造为驱动弹簧的板式弹簧在转速传感器的功能层中如此确定尺寸，使得驱动弹簧不具有或者仅仅具有最小的固有正交运动。根据一个优选的实施方式，探测弹簧包括弯曲弹簧，所述弯曲弹簧的一个端部区域在驻波的振动节点中配合在力传递装置上并且所述弯曲弹簧的另一端部区域配合在固定在衬底上的锚定点上，其中弯曲弹簧相对于绕平行于探测轴线的弯曲轴线的弯曲比相对于绕平行于主延伸平面的弯曲轴线的弯曲更软，其中弯曲弹簧优选基本上相对于探测轴线径向地设置。因此，探测弹簧有利地实现力传递装置由于震动质量的探测振动绕探测轴线的旋转。有利地，同时通过探测弹簧连接到振动节点上来抑制正交信号的产生，即使弯曲弹簧作为梁式弹簧原则上是正交性的。根据一个优选的实施方式，震动质量包括第一质量元件和第二质量元件，其中驱动轴线在第一质量元件和第二质量元件之间延伸，其中第一质量元件和第二质量元件通过耦合弹簧彼此耦合，其中第一质量元件和第二质量元件优选分别通过驱动弹簧与力传递装置耦合。优选地，无论驱动弹簧还是耦合弹簧都设置在第一质量元件和第二质量元件之间。耦合弹簧尤其包括将第一质量区域和第二质量区域彼此连接的区域，具有相对于第一质量区域和第二质量区域减小的材料厚度(垂直于主延伸平面)，从而耦合弹簧的刚性相对于第一质量区域和第二质量区域降低和/或力传递装置的部分区域可以在第一质量区域和第二质量区域之间延伸，而不连接到所述部分区域上。此外可考虑:当力传递装置的部分区域连接到耦合弹簧上时，在所述区域中耦合弹簧充当驱动弹簧。根据一个优选的实施方式，转速传感器具有框架，所述框架包括两个平行于感应方向延伸的力传递装置和至少一个平行于驱动轴线在两个力传递装置之间延伸的中间区段，其中中间区段优选设置在第一质量元件和第二质量元件之间。因此，有利地实现由力传递装置和震动质量构成的稳定的、扭转刚性且结构空间紧凑的结构。根据一个有利的实施方式，力传递装置与本文档来自技高网...

【技术保护点】
转速传感器（1），其具有包括主延伸平面（100）的衬底（20）、借助于探测弹簧（30）能够运动地固定在所述衬底（20）上的力传递装置（40）和震动质量（50），其中，所述震动质量（50）通过所述力传递装置（40）如此能够相对于所述衬底（20）运动地悬挂，使得所述震动质量（50）能够借助于驱动装置被激励成绕平行于所述主延伸平面（100）的驱动轴线（102）的驱动振动（102’），并且在存在平行于所述主延伸平面（100）并且垂直于所述驱动轴线（102）的转速（103’）时所述震动质量（50）由于科里奥利力能够被激励成绕垂直于所述主延伸平面（100）的探测轴线（101）的探测振动（101’），其特征在于，所述探测弹簧（30）与所述力传递装置（40）在振动节点（71）的区域中耦合。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：B·库尔曼，JT·利瓦尔德，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：