专利名称：微陀螺仪以及微陀螺仪的操作方法
技术领域：
本发明涉及用于确定绕Z轴线转速的微陀螺仪，其具有基底并且具有第一和第二传感器装置，其中每个传感器装置包括至少一个平行于基底安置的驱动模块以及至少一个锚固件，所述驱动模块借助于该锚固件与所述基底相连。在锚固件与驱动模块之间安置至少一个锚固弹簧以使得驱动模块沿X轴线方向能够直线可移地且沿Y轴线和Z轴线方向不动地安装。还提出了驱动元件，借助于驱动元件所述驱动模块能够沿X轴线方向以振荡的方式被驱动；至少一个传感器模块，其借助于弹簧与驱动模块相连以使得所述传感器模块沿X方向和Z方向不动地并且沿Y方向可移地与驱动模块相连；以及用于检测传感器模块沿Y轴线方向偏转的传感元件。
背景技术：
已知常见的微陀螺仪，其中多个相同的传感器装置彼此相邻地安置并且传感器装置的驱动模块彼此相连。由于一般来说设置多个传感器模块并且当转速发生时偏转，因此提供相对于仅一个传感器装置的可靠的数据获取。通过比较两个传感器模块的测量值，能够得出关于所获测量信号的正确性的结论。所述类型微陀螺仪的缺点在于在基底上彼此相邻地安置两个传感器装置需要大的安装空间。

发明内容
因此本发明的目的是提供这样的微陀螺仪，所述微陀螺仪可靠起作用并且能提供富余的测量结果，允许得出测量正确性结论并且附加地同时仅要求小安装空间。该目的通过具有权利要求1特征的微陀螺仪以及相应的微陀螺仪的操作方法实现。根据本发明的用于确定绕Z轴线转速的微陀螺仪包括基底以及第一和第二传感器装置。每个传感器装置具有至少一个平行于基底安置的驱动模块以及至少一个锚固件，所述驱动模块借助于该锚固件与所述基底相连。借助于至少一个在锚固件与驱动模块之间安置的锚固弹簧，驱动模块沿X轴线方向能够线性移位地并且沿Y轴线和Z轴线方向不动地安装。还设置有驱动元件与至少一个传感器模块，借助于所述驱动元件驱动模块能够沿X轴线方向以振荡的方式被驱动，所述传感器模块借助于弹簧与驱动模块相连以使得所述传感器模块沿X方向和Z方向不动地并且沿Y方向能够移位地连接到驱动模块。传感器模块沿Y轴线方向的偏转通过传感元件检测。根据本发明，所述两个传感器装置彼此平行地并且沿Z轴线方向彼此上下地安置。第一传感器装置的驱动模块(其在本申请文件中称为第一驱动模块)和第二传感器装置的驱动模块(其在本申请文件中称为第二驱动模块)借助于连接弹簧彼此连接。当转速出现时，通过同步地驱动两个传感器装置的驱动模块也将使得两个传感元件的传感器模块的同步偏转。同每个传感器模块关联的传感元件因此输出相同的信号。如果信号不匹配，则能得出例如传感器发生损坏或传感器受到碰撞的结论。接收的信号必须随即被校正或弃用。本发明的显著优点在于传感器模块在也安置驱动模块的X-Y平面内偏转。对于该传感器不需要X-Y平面外部的安装空间。除了根据本发明的微陀螺仪在基底上所需的小面积之外，借助于微陀螺仪这里可实现非常低的安装高度。安置第一和第二传感器装置的两个平面彼此间能够非常接近，这是因为没有部件从所述平面移出。因此根据本发明的传感器构造非常紧凑，但是由此产生的测量依旧可靠。第一和第二驱动模块优选地在基底上与相同的锚固件相连。因为第一和第二传感器装置的驱动模块采用至少部分相同的安装件，所以也可实现紧凑的设计。可以说，一个锚固件因此沿Z方向在多个平面上延伸。所述锚固件在一端同基底相连并且允许传感器装置单独的驱动模块在离基底不同的距离处安置。然而，每个传感器装置当然能够具有专有的安装件和锚固件。在本发明一有利实施例中，所述传感兀件为电极对，其中一个电极以静止方式连接到基底上，并且另一个电极安置在能够沿Y轴线方向移位的传感器模块上。从而静止的电极能够在基底与第一传感器装置之间、在第一与第二传感器装置之间和/或在第二传感器装置与在第二传感器装置之上安置的附加层(例如微陀螺仪的盖)之间静止并安置。当传感器模块相对彼此反相操作时，特别有利的是第一传感器装置的电极对具有与第二传感器装置的电极对相反的极性。在Z转速出现时模块发生相反的移位的情况中，在两个传感器模块彼此沿相反方向偏转后，有利的是每个电极对也具有相反的极性。这导致了基本上地彼此相关的可比信号，以便显示传感器模块的正确偏转。为了获得根据本发明微陀螺仪的进一步改进，附加的传感器装置也能同第一和第二传感器装置关联。因此有利地，微陀螺仪包括与第一和第二传感器装置同样构造的第三和第四传感器装置。所述第三和第四传感器装置能在第一和第二传感器装置的任一上再次安置，这样不止是设置两个平面而是设置传感器装置的多个平面。然而，特别有利的是第三和第四传感器装置在第一和第二传感器装置的平面内安置。基底上传感器装置所需的面积确实因此增加，但是信号的获取以及驱动模块的驱动因而得到简化。要么额外的转速能够通过附加的传感器装置捕捉，要么尤其有利的是能够实现传感信号的进一步检验以及传感器额外的耐用性。尤其是第一和第二传感器装置借助于连接弹簧连接到第三和第四传感器装置这种情况。在一个平面内彼此相邻安置的传感器模块因此相同或相反地振荡，并且彼此对角安置的驱动模块能够被驱动以相同或相反地振荡，也就是说同相或反相地振荡。由此获得多个能够彼此比较或区分的传感器信号，以这样的方式微陀螺仪的精度显著增加。在根据本发明用于操作根据前述微陀螺仪一个或多个特征的微陀螺仪的方法中，确定了绕Z轴线的转速。根据本发明，一个在另外一个上安置并且具有驱动元件的驱动模块被驱动以同相振荡。当基底绕Z轴线转动时，传感器模块借助科氏力随后在相关联的驱动模块的平面内以反相振荡的形式被偏转。微陀螺仪的反相操作特别稳定并且基本上没有内部干扰。因此获得非常明确的传感器信号。对于四个传感器装置的情况，如果在一个平面中彼此相邻安置的驱动模块以及传感器模块被反相地移位也是有利的。所述操作模式也保证了非常可靠的传感信号。


本发明更多的优点在接下来示意性的实施例中描述。示出了:图1为第一传感器装置的示意性俯视图，图2为第二传感器装置的示意性俯视图，图3为通过图1的第一传感器装置以及图2的第二传感器装置的示意性剖视图，图4为另一个传感器装置的示意性俯视图，图5为图4的剖视图。
具体实施例方式图1显示了第一传感器装置I的示意性俯视图。第一传感器装置I包括框架形驱动模块1.2，所述驱动模块借助锚固弹簧1.3与锚固件40连接。锚固件40反过来连接到驱动模块1.2下方的基底(未示出)。驱动模块1.2通过诸如梳状电极的驱动元件(未示出)被驱动以沿X方向振荡/振动。在驱动模块1.2的框架内部安置有传感器模块1.5。传感器模块1.5借助于弹簧1.6同驱动模块1.2连接。虽然锚固弹簧1.3允许驱动模块1.2沿X方向的移位，但是所述驱动模块沿Y方向和Z方向被刚性/不动地构造，弹簧1.6设计成其实际上使得传感器模块1.5与驱动模块1.2 一起沿X方向移动，但是当科氏力(Coriolis force)出现时允许传感器模块1.5沿Y方向偏转。弹簧1.6沿Z方向也是刚性/不动的，因此传感器模块1.5仅在X-Y平面内能够移位。为了捕捉传感器模块1.5沿Y方向的移位，设置传感器电极1.7和1.8。传感器电极1.7和1.8具有相反的极性，例如，其中传感器电极1.7为正极而传感器电极1.8为负极。传感器模块1.5距相应电极的距离由于传感器模块1.5沿Y方向的移位而变化，借此产生信号变化。所述信号发生变化后，得出绕Z转速的结论、即微陀螺仪或在上面安装锚固件40的基底已经绕Z轴线旋转。在驱动模块1.2上安置有连接弹簧1.9以及连接件10。附图1的第一传感器装置I借助于连接弹簧1.9以及连接件10与附图2的第二传感器装置2相连，(所述连接弹簧以及所述连接件)在驱动模块1.2的两侧都这样设置。特别地，连接件10将连接弹簧1.9与连接弹簧2.9连接。连接弹簧2.9反过来连接到第二传感器装置2的驱动模块2.2的框架上。驱动模块2.2也与四个锚固弹簧2.3相连，使得在锚固件40上安装驱动模块2.2。第二传感器装置2在与第一传感器装置I平行且与基底平行的第二平面内安置。该第二传感器装置就像第一传感器装置I那样构造。所述第二传感器装置也包括位于驱动模块2.2的框架内部中的传感器模块2.5，该传感器模块能够在由于绕Z轴线的旋转产生科氏力时沿Y方向偏转。与之相反，同传感器模块2.5关联的传感器电极2.7和2.8分别具有与第一传感器装置I的传感器电极1.7和1.8相反的极性。因此，传感器电极2.7为负极而传感器电极2.8为正极。这保证了当两个驱动模块1.2和2.2反相操作时，传感器模块1.5和2.5也反相地偏转，并且相关的正确信号能够输出至分析装置。可替代的是传感器电极具有相同的极性。分析电子设备中相应的分析也能够正确地处理所述信号。图3显示了通过两个传感器装置I和2的截面。箭头P表示驱动模块1.2和2.2的反相移位。驱动模块1.2和2.2沿X方向向后和向前移动。所述模块借助于连接弹簧1.9和2.9以及连接件10彼此连接。连接弹簧1.9和2.9交替地伸展和压缩，而连接件10为驱动模块1.2和2.2的同相振荡保持静止。本发明的又一个示意性实施例如图4所示。该示意性俯视图显示了两个传感器装置I和3在X-Y平面内彼此相邻安置。所述两个传感器装置I和3相应地以相同的方式构造。所述两个传感器装置分别包括驱动模块1.2和3.2以及在装置的框架中安置的传感器模块2.5和3.5。弹簧1.6和3.6允许传感器模块1.5和3.5沿Y方向移位。驱动模块1.2和3.2借助于锚固弹簧1.3和3.3沿X方向与锚固件40相连。传感器电极1.7和1.8以及3.7和3.8具有相反的极性，也就是说，传感器电极1.7为正极并且传感器电极3.7为负极，而传感器电极1.8为负极性并且传感器电极3.8为正极。因此同驱动模块1.2和3.2的反相移位相对应的传感器模块1.5和3.5的反相偏转被正确地获知。正如图1的示意性实施例中所示，第一传感器装置I也具有连接弹簧1.9。第三传感器装置3相应地包括连接弹簧3.9。在两个驱动模块1.2和3.2之间安置的连接弹簧
1.9和3.9以彼此上下的方式安置并且共用连接件10。所述两个传感器装置I和3借助于驱动器具(未示出)驱动以反相同步地振荡。图5中显示了图4的示意性实施例的剖视图。此处明显的是所述驱动模块1.2和
3.2彼此反相地被驱动。这种情况适用于安置在驱动模块下面的传感器装置2和4。箭头P也显示了彼此对角安置的传感器装置I和4以及传感器装置2和3分别相位上彼此同步地操作。具有第一和第三传感器装置I和3的这个平面以及具有第二和第四传感器装置2和4的这个平面二者借助于连接件10彼此相连。因此保证了所述两个平面相对于彼此的同步操作。本发明并不仅限于所示的示意性实施例。特别地，个别的模块或电极以及锚固件和弹簧的形状偏差可能出现在任何时间并且能够被修改以便满足个别的需求。
权利要求
1.一种用于确定绕Z轴线转速的微陀螺仪，所述微陀螺仪包括 基底，以及 第一和第二传感器装置(1、2 )，其中每个传感器装置(1、2 )包括: 至少一个平行于所述基底安置的驱动模块(1.2,2.2)， 至少一个锚固件(40)，所述驱动模块(1.2、2.2)借助于所述锚固件与所述基底相连， 至少一个在所述锚固件(40)与所述驱动模块(1.2,2.2)之间安置的锚固弹簧(1.3、2.3)，所述驱动模块(1.2,2.2)借助于所述锚固弹簧沿X轴线方向能够直线移位地并且沿Y轴线和Z轴线方向不动地安装， 驱动元件，所述驱动模块(1.2,2.2)借助于所述驱动元件能够沿X轴线方向以振荡的方式被驱动， 至少一个传感器模块(1.5、2.5)，所述传感器模块借助于弹簧(1.6、2.6)与所述驱动模块(1.2,2.2)相连，以使得所述传感器模块沿Y方向能够移位地并且沿X方向和Z方向不动地连接至所述驱动模块(1.2,2.2)，以及 用于检测所述传感器模块(1.5,2.5)沿Y轴线方向偏转的传感器元件， 其特征在于， 所述两个传感器装置(1、2)彼此平行地且沿Z轴线方向彼此上下地安置，并且 第一和第二驱动模块(1.2,2.2)借助于连接弹簧(1.9,2.9)彼此相连。
2.如前一权利要求所述的微陀螺仪，其特征在于，所述第一和第二驱动模块(1.2、 2.2)在所述基底上连接至相同的锚固件(40)。
3.如前述权利要求的其中一项或更多项所述的微陀螺仪，其特征在于，所述第一和第二驱动模块(1.2,2.2)分别为包围所述传感器模块(1.5,2.5)的框架。
4.如前述权利要求的其中一项或更多项所述的微陀螺仪，其特征在于，所述传感元件为电极对(1.7、1.8 ;2.7、2.8)，其中一个电极以固定方式连接至所述基底并且另一个电极安置在能够沿Y轴线方向移位的传感器模块(1.5,2.5)上。
5.如前述权利要求的其中一项或更多项所述的微陀螺仪，其特征在于，所述第一传感器装置(I)的电极对(1.7,1.8)具有与所述第二传感器装置(2)的电极对(2.7,2.8)相反的极性。
6.如前述权利要求的其中一项或更多项所述的微陀螺仪，其特征在于，所述微陀螺仪包括与所述第一和第二传感器装置(1、2)相同构造的第三和第四传感器装置(3、4)。
7.如前述权利要求的其中一项或更多项所述的微陀螺仪，其特征在于，所述第三和第四传感器装置(3、4)在与所述第一和第二传感器装置(1、2)相同的平面内安置。
8.如前述权利要求的其中一项或更多项所述的微陀螺仪，其特征在于，所述第一和第二传感器装置(1、2)借助于连接弹簧(1.9,2.9,3.9,4.9)与所述第三和第四传感器装置(3、4)相连。
9.一种操作根据之前权利要求的其中一项或更多项所述的微陀螺仪以确定绕Z轴线转速的方法，其中所述微陀螺仪具有基底以及在所述基底上安置的第一和第二传感器装置(1、2)，其中每个传感器装置(1、2)包括驱动模块(1.2、2.2)、驱动元件、至少一个传感器模块(1.5,2.5)以及传感器元件(1.7,2.7)，其特征在于，彼此上下安置的所述驱动模块(1.2,2.2)利用所述驱动元件被驱动以反相地振荡，并且当所述基底绕Z轴线旋转时，所述传感器模块(1.5,2.5)由于科氏力在相关驱动模块(1.2,2.2)的平面内的反相振荡地偏转。
10.如前一权利要求所述的方法，其特征在于，对于四个传感器装置(1、2、3、4)的情况，在一个平面内安置的相邻的驱动模块(1.2、3.2;2.2、4.2)以及传感器模块(1.5、3.5 ;.2.5、4.5)反相移位。
全文摘要
本发明涉及一种用于确定绕Z轴线转速的微陀螺仪，具有基底和第一和第二传感器装置，每个传感器装置包括至少一个平行于基底的驱动模块；至少一个锚固件，驱动模块借助于其与基底相连；至少一个锚固件与驱动模块之间的锚固弹簧，驱动模块借助于其沿X轴线方向能够线性移位地且沿Y轴线和Z轴线方向不动地安装；驱动元件，驱动模块借助于其能够沿X轴线方向振荡驱动；至少一个传感器模块，传感器模块借助于弹簧连至驱动模块，以使传感器模块沿Y方向能够移位地且沿X方向和Z方向不动地连至驱动模块；以及用于检测传感器模块Y轴线方向偏转的传感元件。两个传感器装置彼此平行且在Z轴线方向彼此上下安置，第一和第二驱动模块借助于连接弹簧相连。
文档编号G01C19/5733GK103175521SQ201210559808
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月20日 优先权日2011年12月23日
发明者亚历桑德鲁·罗基, 阿道夫·詹巴斯蒂亚尼 申请人:马克西姆综合产品公司