彈簧結(jié)構(gòu)、振蕩器、振蕩器陣列和傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及彈簧結(jié)構(gòu)(501)，所述彈簧結(jié)構(gòu)具有在第一方向上通過(guò)彈簧(Sh1，Sh2)被耦接成反相振蕩器的至少兩個(gè)質(zhì)量塊(Ma，Mb)，所述彈簧(Sh1，Sh2)經(jīng)由環(huán)形結(jié)構(gòu)(L，E)連接到所述質(zhì)量塊(Ma，Mb)，所述環(huán)形結(jié)構(gòu)(L，E)位于與所述環(huán)形結(jié)構(gòu)(L，E)的耦接點(diǎn)相連接的所述彈簧(Sh1，Sh2)之間，其中，傾斜彈簧(SI45，Sr45)從所述環(huán)形結(jié)構(gòu)(L)的所述耦接點(diǎn)連接到基座的固定器(A)，使得所述環(huán)形結(jié)構(gòu)(L)的縱向運(yùn)動(dòng)以垂直于或大體上垂直于所述第一方向的方式布置，從而減弱所述質(zhì)量塊(Ma，Mb)的反相振蕩之外的反相振蕩。本發(fā)明還涉及振蕩器和/或振蕩器陣列及傳感器和/或傳感器組成系統(tǒng)中的彈簧結(jié)構(gòu)的使用。
【專利說(shuō)明】彈簧結(jié)構(gòu)、振蕩器、振蕩器陣列和傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及振蕩器技術(shù)，但更具體地涉及傳感器，且具體地涉及在這些傳感器中通過(guò)(如在與之有關(guān)的獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分中提出的)彈簧結(jié)構(gòu)來(lái)消除誤差。本發(fā)明還涉及(如在與之有關(guān)的獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分中提出的)振蕩器。本發(fā)明還涉及(如在與之有關(guān)的獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分中提出的)振蕩器陣列。本發(fā)明還涉及(如在與之有關(guān)的獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分中提出的)傳感器。本發(fā)明還涉及具有至少一個(gè)本發(fā)明的振蕩器的傳感器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]抗振動(dòng)性和抗沖擊性是角速度傳感器必需的關(guān)鍵特性。特別是，在諸如驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定性控制系統(tǒng)等汽車工業(yè)的已知技術(shù)應(yīng)用中，這些要求是極其嚴(yán)格的。即使來(lái)自例如巖石的猛烈的外部撞擊或由汽車操縱者引起的振動(dòng)也應(yīng)當(dāng)不影響角速度傳感器的輸出。
[0003]在已知技術(shù)的微機(jī)械振蕩器中，諸如在角速度傳感器中，在移動(dòng)質(zhì)量塊之間設(shè)計(jì)稱接彈簧(coupling spring)被認(rèn)為是合適的，該彈簧將允許它們反相運(yùn)動(dòng)(opposite-phase motion),并同時(shí)抵抗質(zhì)量塊的共模運(yùn)動(dòng)(common mode motion)。這類布置事實(shí)上尤其是用于區(qū)分機(jī)械振動(dòng)和實(shí)際信號(hào)。在此情況下，從質(zhì)量塊檢測(cè)的信號(hào)是差動(dòng)信號(hào)，而對(duì)它們產(chǎn)生影響的加速度共同引起了共模偏轉(zhuǎn)(common mode deflection)。
[0004]根據(jù)圖1，簡(jiǎn)單的耦接振蕩器由兩個(gè)質(zhì)量塊(ml，m2)和三個(gè)相似的一維彈簧(SI，S2，S3)組成。這類結(jié)構(gòu)有效地區(qū)分質(zhì)量塊(ml，m2)的共模運(yùn)動(dòng)與模式差異。然而，就相對(duì)加速度的靈敏度而言，由于耦接彈簧并未參與同相的運(yùn)動(dòng)，所以質(zhì)量塊在同相比在反相的情況下更容易偏轉(zhuǎn)(該模式的頻率較低)，因而該結(jié)構(gòu)是不合適的。在圖1中的簡(jiǎn)單的耦接振蕩器的示意圖中，它的用于耦接質(zhì)量塊的彈簧是與其它彈簧相類似的一維彈簧。
[0005]特別是，博世(Bosch)在專利US6752017B2中描述了一種用于Z軸陀螺儀的耦接彈簧結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)是質(zhì)量塊在共同運(yùn)動(dòng)軸上的反相振蕩。已知技術(shù)的這些彈簧結(jié)構(gòu)的共同點(diǎn)在于，它們參與界定主要模式和次要模式的頻率以及將它們放置在待耦接的相鄰質(zhì)量塊之間的因子。
[0006]然而，已知技術(shù)描述的彈簧結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)在于相對(duì)于線性加速度的敏感性，這是因?yàn)轭愃朴谏鲜龊?jiǎn)單的耦接振蕩器，它們相對(duì)于共模運(yùn)動(dòng)比相對(duì)于反相運(yùn)動(dòng)更松散，其中與期望的反相激勵(lì)相比，撞擊和振動(dòng)更容易使質(zhì)量塊(ml，m2)偏轉(zhuǎn)。此外，因?yàn)閺椈山Y(jié)構(gòu)在兩種模式中均進(jìn)行參與，所以難以控制主要模式的非線性。因此，較佳的方式是完全分離耦接不同模式的彈簧結(jié)構(gòu)，其中可與次要懸掛機(jī)構(gòu)(secondary suspension)無(wú)關(guān)地得到主要運(yùn)動(dòng)的懸掛機(jī)構(gòu)的非線性。
[0007]事實(shí)上已提出了如下改進(jìn)，其使用在一維軸上配備有振蕩質(zhì)量塊的類蹺蹺板式耦接彈簧，該彈簧就機(jī)械干擾而言是明顯更好的解決方案，因?yàn)樗鄬?duì)于同相偏轉(zhuǎn)比相對(duì)于反相偏轉(zhuǎn)更剛性。這類耦接懸掛機(jī)構(gòu)例如被實(shí)施為用于圖2中的激發(fā)器框架的y方向主要運(yùn)動(dòng)，其中圖2圖示了根據(jù)已知技術(shù)的Z軸角速度傳感器，該傳感器例如在上端和下端的y軸方向上具有類蹺蹺板式耦接彈簧結(jié)構(gòu)。
[0008]然而，圖2的角速度傳感器結(jié)構(gòu)中完全不存在位于框架內(nèi)的質(zhì)量塊Ml和質(zhì)量塊M2之間的耦接，其中，在X軸方向上，質(zhì)量塊起到幾乎獨(dú)立的加速度傳感器的作用。在沒(méi)有耦接的情況下，它們?cè)跈C(jī)械上相對(duì)于(共模)機(jī)械干擾的靈敏性幾乎與相對(duì)于待檢測(cè)的反相科里奧利力(Coriolis force)的靈敏性相同。因此針對(duì)質(zhì)量塊如何較佳地設(shè)計(jì)耦接懸掛機(jī)構(gòu)的問(wèn)題仍待解決，該懸掛機(jī)構(gòu)將阻止它們的同相運(yùn)動(dòng)，但是將不會(huì)參與y軸方向上的主要運(yùn)動(dòng)。
[0009]上述蹺蹺板式懸掛機(jī)構(gòu)形成了切實(shí)可行的技術(shù)方案，該方案中的質(zhì)量塊在單向且平行的軸上移動(dòng)，但是考慮到緊湊的組裝結(jié)構(gòu)，它占據(jù)了大量的空間。圖3概略地圖示了此類在某種意義上不經(jīng)濟(jì)的對(duì)置結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)配備有在公共軸上移動(dòng)的質(zhì)量塊。從圖3顯然可知，這類結(jié)構(gòu)幾乎占據(jù)了質(zhì)量塊之間的全部空間，該結(jié)構(gòu)先前是用于主要運(yùn)動(dòng)的激勵(lì)梳形結(jié)構(gòu)(excitation comb structure)。
[0010]根據(jù)已知技術(shù)的解決方案事實(shí)上旨在解決如何針對(duì)質(zhì)量塊來(lái)設(shè)計(jì)耦接懸掛機(jī)構(gòu)的問(wèn)題，該懸掛機(jī)構(gòu)將防止它們的同相運(yùn)動(dòng)，但是將不會(huì)參與y軸方向上的主要運(yùn)動(dòng)。
[0011]博世的專利文件W02010/034556A3還披露了由四個(gè)角元件組成的懸掛機(jī)構(gòu)，該懸掛機(jī)構(gòu)還適應(yīng)于角速度傳感器的次要模式稱接。由于基座的安裝點(diǎn)被構(gòu)建在它的外角處，所以這導(dǎo)致了例如由溫度變化引起的變形，該變形引起了應(yīng)變并改變了結(jié)構(gòu)的振蕩頻率。雖然在角元件之間增加的應(yīng)變?nèi)コY(jié)構(gòu)減少了應(yīng)變，但是占據(jù)了大量的空間。
[0012]因此，在上面提出的已知技術(shù)的解決方案中，還存在未解決的問(wèn)題，S卩如何同時(shí)實(shí)現(xiàn)將能夠在反相振蕩模式中比在同相振蕩模式中更容易地發(fā)揮作用的緊湊結(jié)構(gòu)，以及因應(yīng)反相模式而如何能夠利用反相模式提供的優(yōu)點(diǎn)，以便例如去除干擾。
[0013]發(fā)明人事實(shí)上已注意到用于耦接兩個(gè)質(zhì)量塊的彈簧結(jié)構(gòu)能夠通過(guò)如下彈簧結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該彈簧結(jié)構(gòu)由兩根剛性梁和用于將剛性梁耦接在一起的偏轉(zhuǎn)彈簧組成。梁被懸掛，使得它們能夠圍繞位于端部處的支撐點(diǎn)樞轉(zhuǎn)。梁在另一端部處被連接到待耦接的質(zhì)量塊。圖4示出了根據(jù)已知技術(shù)的簡(jiǎn)單彈簧結(jié)構(gòu)。
[0014]圖4圖示了根據(jù)已知技術(shù)的作為簡(jiǎn)單示例的這類彈簧結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)布置成將在共軸上振蕩的質(zhì)量塊Ml和質(zhì)量塊M2耦接在一起以反相振蕩。在此示例中，彈簧結(jié)構(gòu)具有用于耦接兩個(gè)質(zhì)量塊的彈簧結(jié)構(gòu)401、402、403、404a、404b和404c，該彈簧結(jié)構(gòu)由兩根剛性梁402與用于將梁402耦接在一起的偏轉(zhuǎn)彈簧404a、404b和404c組成。梁被懸掛403，使得它們能夠圍繞位于端部處的支撐點(diǎn)樞轉(zhuǎn)。梁在另一端部處被連接到待耦接的質(zhì)量塊Ml和M2。
[0015]上述懸掛機(jī)構(gòu)解決方案顯然更緊湊且就空間的利用而言更好于博世提出的解決方案，但是，在性能上明顯落后。使用實(shí)際的尺寸，該懸掛機(jī)構(gòu)在相同模式下具有大約4倍剛性的差異，然而使用從角處安裝的解決方案，甚至能夠達(dá)到超過(guò)六倍的剛性度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]雖然通過(guò)使用根據(jù)圖2-4的彈簧解決方案成功地解決了已知技術(shù)的問(wèn)題中的很多問(wèn)題，然而，由于干擾的廣泛變化性，所以獲得對(duì)所有問(wèn)題都普遍有效的解決方案是相當(dāng)困難的。在上面的之前描述的情況中，已知技術(shù)的問(wèn)題之一涉及通過(guò)線性加速度被耦合到振蕩器的機(jī)械干擾。在此示例中，通過(guò)本發(fā)明的彈簧結(jié)構(gòu)，能夠解決已知技術(shù)的問(wèn)題，或者至少能夠減輕它們的影響。本發(fā)明的目的在于提出一種新的在純粹模式下振蕩的彈簧解決方案，該解決方案也用于差動(dòng)線性振蕩器以消除由線性加速度引起的機(jī)械干擾。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的彈簧結(jié)構(gòu)的特征在于其有關(guān)獨(dú)立權(quán)利要求的特性部分中界定的內(nèi)容。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的振蕩器的特征在于其有關(guān)獨(dú)立權(quán)利要求的特性部分中界定的內(nèi)容。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的振蕩器陣列的特征在于其有關(guān)獨(dú)立權(quán)利要求的特性部分中界定的內(nèi)容。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的傳感器的特征在于其有關(guān)獨(dú)立權(quán)利要求的特性部分中界定的內(nèi)容。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)的特征在于其有關(guān)獨(dú)立權(quán)利要求的特性部分中界定的內(nèi)容。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的彈簧結(jié)構(gòu)具有至少兩個(gè)質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊在第一方向上通過(guò)彈簧被耦接成反相振蕩器，所述彈簧經(jīng)由環(huán)形結(jié)構(gòu)連接到所述至少兩個(gè)質(zhì)量塊，所述環(huán)形結(jié)構(gòu)位于連接到所述環(huán)形結(jié)構(gòu)的耦接點(diǎn)的所述彈簧之間，其中，傾斜彈簧從所述環(huán)形結(jié)構(gòu)的所述耦接點(diǎn)連接到基座的固定器，使得所述環(huán)形結(jié)構(gòu)的縱向運(yùn)動(dòng)以垂直于或大體上垂直于所述第一方向的方式布置，從而減弱所述質(zhì)量塊(Ma，Mb)的反相振蕩之外的反相振蕩。
[0023]在本發(fā)明實(shí)施例的彈簧結(jié)構(gòu)中，所述傾斜彈簧相對(duì)于所述環(huán)形結(jié)構(gòu)對(duì)稱。
[0024]在本發(fā)明實(shí)施例的彈簧結(jié)構(gòu)中，所述傾斜彈簧具有相同的彈簧常數(shù)。然而，根據(jù)實(shí)施例的變形例，耦接結(jié)構(gòu)可在雙差動(dòng)結(jié)構(gòu)的單元的不同單元之間具有不同的彈簧常數(shù)。
[0025]在本發(fā)明實(shí)施例的彈簧結(jié)構(gòu)中，所述傾斜彈簧具有相同的成分。
[0026]在本發(fā)明實(shí)施例的彈簧結(jié)構(gòu)中，所述傾斜彈簧在長(zhǎng)度、寬度和厚度中的至少一個(gè)方面具有共同的尺寸。
[0027]在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的雙差動(dòng)彈簧結(jié)構(gòu)中，存在兩個(gè)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的彈簧結(jié)構(gòu)，所述彈簧結(jié)構(gòu)通過(guò)連接用剛性構(gòu)件C而被耦接成反相振蕩器，這兩個(gè)彈簧結(jié)構(gòu)均兩個(gè)被耦接成反相振蕩器的質(zhì)量塊。
[0028]在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的振蕩器中，存在有至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的彈簧結(jié)構(gòu)。
[0029]在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的振蕩器陣列中，存在至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的振蕩器。
[0030]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的傳感器可通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的振蕩器來(lái)實(shí)施。
[0031 ] 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的傳感器系統(tǒng)中，存在至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的傳感器。
[0032]本發(fā)明的其它實(shí)施例被呈現(xiàn)在從屬權(quán)利要求中。本發(fā)明的實(shí)施例能夠以適當(dāng)?shù)姆绞浇M合。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例在涉及說(shuō)明書和附圖中得到描述。在附圖中，使用相同的附圖標(biāo)記表示相似類型的部件，而所述部件不必彼此完全相同。在此示例中，本領(lǐng)域技術(shù)人員基于所提出的內(nèi)容將理解潛在的差異?？梢愿淖儾考退鼈兊某叽缁蝽樞?，且它們彼此的繪制比例也不需要相同。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0033]圖1-4提到了已知技術(shù)或在本申請(qǐng)的提交日之前已在別處提出并為 申請(qǐng)人:所知的技術(shù)，如下:
[0034]圖1是根據(jù)已知技術(shù)的簡(jiǎn)單耦接振蕩器的示意圖；
[0035]圖2圖示了作為Z軸角速度傳感器的根據(jù)已知技術(shù)的解決方案；
[0036]圖3圖示了根據(jù)已知技術(shù)的在質(zhì)量塊之間具有類蹺蹺板式耦接懸掛機(jī)構(gòu)的振蕩器解決方案的空間要求；
[0037]圖4圖示了根據(jù)已知技術(shù)的結(jié)構(gòu)，其中彈簧結(jié)構(gòu)耦接在共軸上振蕩的質(zhì)量塊；
[0038]由于圖1-4提到了如上所述的已知技術(shù)，所以下面參考圖5-12提出本發(fā)明的示例，以便圖示在本申請(qǐng)中提出的本發(fā)明的實(shí)施例。在此示例中，不期望將實(shí)施例僅限制成根據(jù)所提出的示例的實(shí)施例，也不是將其僅限制成根據(jù)附圖披露的相對(duì)尺寸。本發(fā)明的實(shí)施例能夠適當(dāng)?shù)姆绞奖舜私M合。
[0039]圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的彈簧結(jié)構(gòu)；
[0040]圖6圖示了處于反相模式的本發(fā)明實(shí)施例的功能；
[0041]圖7圖示了處于消除同相模式的本發(fā)明實(shí)施例的功能；
[0042]圖8圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的處于角速度傳感器的次要振蕩器中的懸掛機(jī)構(gòu)；
[0043]圖9圖示了根據(jù)本發(fā)明的替代實(shí)施例的雙差動(dòng)耦接彈簧結(jié)構(gòu)；
[0044]圖10圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電容性信號(hào)的形成；
[0045]圖11圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的振蕩器陣列；及
[0046]圖12圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的傳感器系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0047]本發(fā)明實(shí)施例例如涉及諸如角速度傳感器等振蕩微機(jī)械振蕩器。然而，本文件的目的并非將提出的彈簧結(jié)構(gòu)僅限制成振蕩器結(jié)構(gòu)，也不是將其僅限制成用于消除由差動(dòng)線性振蕩器中的線性加速度引起的機(jī)械干擾，而是該解決方案根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求的界定特征還能應(yīng)用于消除其它振蕩器的干擾。
[0048]在下面的說(shuō)明中，用于圖示的左、右、上和/或下等方向僅是參考提出的媒介的示例，它們并非意味著對(duì)部件的有關(guān)方位進(jìn)行任何限制，例如，相對(duì)于地球表面上的引力場(chǎng)的方向。
[0049]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的耦接懸掛機(jī)構(gòu)的例示。該懸掛機(jī)構(gòu)具有從另一端固定的兩個(gè)彈簧SI45和Sr45，彈簧SI45和Sr45相對(duì)于振蕩器的運(yùn)動(dòng)軸以傾斜角屈縮(yield)。雖然出于說(shuō)明的目的使用標(biāo)號(hào)45來(lái)表示傾斜角，但是不期望在本發(fā)明實(shí)施例中使用的角度恰為45°角度。也不期望將本發(fā)明實(shí)施例僅限制成如下形式:彈簧結(jié)構(gòu)左邊的彈簧SI45的角度與右邊的彈簧Sr45的角度對(duì)稱。也不期望將彈簧之間的任一角度限制成是相對(duì)于水平左側(cè)彈簧Shl的縱向或相對(duì)于水平右側(cè)的彈簧Sh2的縱向測(cè)量出的。根據(jù)本發(fā)明的非對(duì)稱實(shí)施例，能夠根據(jù)這些實(shí)施例中的各自已知技術(shù)的方式選擇彈簧的尺寸和/或材料而影響彈簧的彈簧常數(shù)，從而補(bǔ)償不同角度的影響，其中，考慮到傾斜角的空間要求，給出了彈簧Shl和SI45之間的角度或彈簧Sh2和Sr45之間的角度是非對(duì)稱角度時(shí)的解決方案。傾斜彈簧SI45和Sr45從它們的另一端被耦接至基座的固定點(diǎn)A。
[0050]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例,彈簧Shl、Sh2、L、E、SI45和Sr45中的至少一個(gè)彈簧布置成相對(duì)于縱向?yàn)閯傂缘?。根?jù)本發(fā)明實(shí)施例，上述彈簧中的至少一個(gè)彈簧布置成在相對(duì)于它的縱軸垂直的方向上是屈縮的，其中實(shí)現(xiàn)了圖5和圖6中箭頭所示的彈簧運(yùn)動(dòng)。
[0051]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，至少一個(gè)彈簧是平模式(flat-modelled)的，換句話說(shuō)大體上呈矩形棱柱，其中在該矩形棱柱中，長(zhǎng)度是垂直于縱向長(zhǎng)度方向的方向上的最小尺寸的至少1.5倍、優(yōu)選地至少5倍和更優(yōu)選地至少8倍。該垂直方向具有寬度和厚度，上述寬度和厚度是彼此垂直的方向上的尺寸。通過(guò)厚度和寬度的尺寸調(diào)整成比另一者小，能夠?qū)椈芍谱鞒稍谳^窄尺寸的方向上比在其它方向上更容易屈縮。使用平模式彈簧，能夠在給定的方向上實(shí)現(xiàn)屈縮。根據(jù)一些相應(yīng)的實(shí)施例，呈剛性的零件可以是三角形、規(guī)則多邊形或圓形橫截面的形式。
[0052]按照?qǐng)D6的示例中所示的方式，彈簧Shl和彈簧Sh2的另一端通過(guò)剛性結(jié)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)軸的方向上被耦接到質(zhì)量塊Ma和質(zhì)量塊Mb，該剛性結(jié)構(gòu)優(yōu)先地在其它方向上屈縮。當(dāng)質(zhì)量塊Ma和質(zhì)量塊Mb反相移動(dòng)時(shí)，由于環(huán)形結(jié)構(gòu)能夠向下移動(dòng)且結(jié)構(gòu)的分支產(chǎn)生屈縮，所以懸掛機(jī)構(gòu)在此運(yùn)動(dòng)階段中處于其最柔軟的狀態(tài)。彈簧Shl和彈簧Sh2通過(guò)彈簧結(jié)構(gòu)SI45、L、E和Sr45而彼此耦接，該結(jié)構(gòu)允許端部在處于反相(圖6)而不是大體上處于同相(圖7)的彈簧的運(yùn)動(dòng)方向上移動(dòng)。在此示例中，耦接彈簧的懸掛機(jī)構(gòu)對(duì)于同相偏離來(lái)說(shuō)是極其剛性的，由于環(huán)形結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)L的兩個(gè)分支(左邊分支和右邊分支)易于在相反方向上偏離，且當(dāng)端部E在縮短時(shí)是剛性的。
[0053]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的作為角速度傳感器結(jié)構(gòu)501，801的一部分的懸掛機(jī)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)的此實(shí)施方式中，懸掛機(jī)構(gòu)通過(guò)長(zhǎng)橫梁彈簧(long beam spring)稱接到質(zhì)量塊，該長(zhǎng)橫梁彈簧在主要運(yùn)動(dòng)(X)的方向上屈縮，而將次要運(yùn)動(dòng)(y)傳遞到耦接懸掛機(jī)構(gòu)。為了說(shuō)明的目的，圖8示出了下面的部分1-20，其中，本領(lǐng)域技術(shù)人員將更好地理解根據(jù)實(shí)施例的彈簧結(jié)構(gòu)的功能。當(dāng)例示各個(gè)方向以進(jìn)行參照時(shí)，上方、下方、側(cè)邊、左側(cè)和右側(cè)等術(shù)語(yǔ)是根據(jù)所呈現(xiàn)的媒介的西方讀取方向來(lái)使用的，然而并不是將根據(jù)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的使用方向而將其限制成該實(shí)施例。
[0054]圖8示出了下方質(zhì)量塊的主要運(yùn)動(dòng)電容式檢測(cè)梳形結(jié)構(gòu)。在圖8中還示出了主要固定器7，主要固定器7被依次安裝到該結(jié)構(gòu)的基板和/或上蓋，以將主要振蕩器的組件安裝到框架。按照上方質(zhì)量塊的對(duì)應(yīng)方式，使用相同的概略標(biāo)記來(lái)表示對(duì)應(yīng)的部分。在差動(dòng)實(shí)施例中，圖9的上方部分(例如，901)和下方部分(例如，902)的檢測(cè)梳形結(jié)構(gòu)I能夠在反相模式中一起運(yùn)行，其中，將信號(hào)與噪音以及其它相似干擾進(jìn)行區(qū)分較為容易。
[0055]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，角速度傳感器的上方部分和下方部分相對(duì)于由左側(cè)環(huán)形結(jié)構(gòu)和右側(cè)環(huán)形結(jié)構(gòu)界定的直線呈反射式對(duì)稱。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在此示例中，至少一部分具有兩個(gè)檢測(cè)梳形結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，左側(cè)或右側(cè)中的任意一側(cè)至少具有兩個(gè)檢測(cè)梳形結(jié)構(gòu)。不期望檢測(cè)梳形結(jié)構(gòu)的數(shù)目、對(duì)稱和/或各自位置僅限于根據(jù)所呈現(xiàn)的實(shí)施例示例的數(shù)量、對(duì)稱和/或各自位置。
[0056]傾斜引導(dǎo)彈簧2是偏轉(zhuǎn)彈簧，其將下方的質(zhì)量塊的次要運(yùn)動(dòng)(y)的方向轉(zhuǎn)換為垂直方向U)。耦接懸掛機(jī)構(gòu)的環(huán)形結(jié)構(gòu)L，3被布置成相對(duì)于質(zhì)量塊在垂直的方向上移動(dòng)，其中，根據(jù)實(shí)施例，當(dāng)傾斜引導(dǎo)彈簧反相運(yùn)動(dòng)時(shí)，其臂部屈縮。根據(jù)實(shí)施例，當(dāng)傾斜引導(dǎo)彈簧反相運(yùn)動(dòng)時(shí)，端部并不屈縮。根據(jù)實(shí)施例，耦接主要運(yùn)動(dòng)的彈簧4被布置成在主要(X)軸的方向上阻止質(zhì)量塊的同相運(yùn)動(dòng)。根據(jù)實(shí)施例，傾斜引導(dǎo)彈簧5是偏轉(zhuǎn)彈簧，其將上方的質(zhì)量塊的次要(y)運(yùn)動(dòng)的方向轉(zhuǎn)換為垂直方向U)。主要固定器6、8和14用于圖示根據(jù)本發(fā)明的區(qū)域，該區(qū)域被接合到基板(到基座)和/或上蓋。在此示例中，主要固定器將主要振蕩器的組件接合到框架。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，圖9的部分L與剛性構(gòu)件C耦接在一起，其中，圖9的上側(cè)結(jié)構(gòu)和下側(cè)結(jié)構(gòu)(諸如圖9示出的差動(dòng)結(jié)構(gòu)的部分901和部分902)能夠通過(guò)從上方和下方將部分3，L彼此連接而耦接成反相狀態(tài)。
[0057]圖8所示的主要彈簧9用于在主軸(X)的方向上以盡可能線性的方式阻止主要運(yùn)動(dòng)。部分9的尺寸從而被制作成在其他方向上盡可能呈剛性。主要滑塊10本身是類字母C形狀的剛性結(jié)構(gòu)，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，其僅能在主軸(X)的方向上移動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，次要梳形結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)片指狀結(jié)構(gòu)11是質(zhì)量塊的一部分。該部件11是待檢測(cè)的次要電容的移動(dòng)電極。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，次要梳形結(jié)構(gòu)的定片固定器12是待檢測(cè)的次要電容的靜態(tài)電極。
[0058]在圖8中，質(zhì)量塊的端部13是作為單片結(jié)構(gòu)被提及的，其盡可能地呈剛性且將質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)傳遞至耦接懸掛機(jī)構(gòu)。雖然事實(shí)上圖8在其頂部示出了一個(gè)質(zhì)量塊端部，但是這不意味著將本發(fā)明的實(shí)施例僅限制成所示出的情形。
[0059]在圖8中，通過(guò)利用主要運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)梳形結(jié)構(gòu)16 (定片和轉(zhuǎn)片)，能夠使用共用電壓在兩個(gè)質(zhì)量塊上產(chǎn)生相反的靜電力，以激發(fā)和/或維持主要運(yùn)動(dòng)。
[0060]在圖8中還圖示了用于耦接主要運(yùn)動(dòng)和次要運(yùn)動(dòng)的懸掛機(jī)構(gòu)的固定區(qū)域17。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，耦接主要運(yùn)動(dòng)的懸掛機(jī)構(gòu)能夠使用耦接次要振蕩器的懸掛機(jī)構(gòu)18來(lái)執(zhí)行。圖8圖示了位于X方向上的偏轉(zhuǎn)彈簧的主要滑塊與質(zhì)量塊之間的次要彈簧19a、19b、19c和19d。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，次要彈簧的功能是允許質(zhì)量塊僅在次要軸(y)的方向上從主要運(yùn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)。次要彈簧在其他方向盡可能地呈剛性。圖8中的標(biāo)記20表示正交補(bǔ)償梳形結(jié)構(gòu)及其固定器。
[0061]圖9的彈簧結(jié)構(gòu)中的由虛線界定的區(qū)域901和區(qū)域902圖示了本發(fā)明實(shí)施例的解決方案。對(duì)于部分901和部分902，虛線圖示了本實(shí)施例的給定替代性質(zhì)，該給定替代性質(zhì)與相對(duì)于目前所示的相反方向的左側(cè)、右側(cè)或兩側(cè)的環(huán)形結(jié)構(gòu)3，L的替代性質(zhì)有關(guān)。在此示例中，剛性構(gòu)件C能被耦接在兩個(gè)此類結(jié)構(gòu)801之間，由此可以實(shí)現(xiàn)圖9中的部分901和部分902所示的彈簧結(jié)構(gòu)及它們之間的耦接，以設(shè)置相位差。在此示例中，基于所示出的情形，為了形成雙差動(dòng)結(jié)構(gòu)對(duì)，一些結(jié)構(gòu)對(duì)可以是反射地對(duì)稱，這取決于部件對(duì)的構(gòu)成部分的環(huán)形結(jié)構(gòu)3，L的取向。
[0062]雖然部件Shl和部件Sh2在圖中被描繪成一條線，但是它們通過(guò)環(huán)形結(jié)構(gòu)3，L彼此連接。
[0063]圖8所示的實(shí)施例如圖所示在左側(cè)和右側(cè)的邊緣之間具有不對(duì)稱性。原因在于，根據(jù)實(shí)施例的示例，質(zhì)量塊被布置成在X軸的方向上反相運(yùn)動(dòng)，且因此從這些質(zhì)量塊檢測(cè)到差動(dòng)的主要運(yùn)動(dòng)，其中對(duì)于梳形結(jié)構(gòu)I和7的布置，它們位于同一側(cè)是優(yōu)選的。
[0064]根據(jù)實(shí)施例，也可以通過(guò)使用通往梳形結(jié)構(gòu)系統(tǒng)16的單端電壓來(lái)靜電激發(fā)反相運(yùn)動(dòng)本身，以便在差動(dòng)地檢測(cè)到對(duì)稱時(shí)消除由雜散電容引起的可能串?dāng)_，外部干擾亦是如此。
[0065]根據(jù)本發(fā)明的替代實(shí)施例，彈簧結(jié)構(gòu)例如還能夠在調(diào)音叉型(tuning fork-type)傳感器的主要振蕩器中運(yùn)行，在此示例中，該彈簧結(jié)構(gòu)僅允許或大體上僅允許質(zhì)量塊的反相主要運(yùn)動(dòng)，但是即使在極大加速度的情況下傳感器的過(guò)載。
[0066]同樣地，本發(fā)明適于與幾乎任何類型的反相線性振蕩器連接以便提高它的抗干擾能力。
[0067]圖9圖示了本發(fā)明實(shí)施例的替代解決方案，在該解決方案中使用了兩個(gè)本發(fā)明實(shí)施例的彈簧結(jié)構(gòu)(901，902)，使用剛性復(fù)合結(jié)構(gòu)C將這些彈簧結(jié)構(gòu)耦接成反相形式。在此示例中，環(huán)形結(jié)構(gòu)3，L被配置成彼此面對(duì)，以與剛性構(gòu)件C連接。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，剛性構(gòu)件C可具有均勻厚度，但是它的厚度和寬度可以沿它的縱向變化，以實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)的柔韌性。根據(jù)實(shí)施例，它在厚度和/或?qū)挾鹊姆较蛏暇哂腥趸墓拯c(diǎn)(flex point)，這些拐點(diǎn)是通過(guò)局部地改變材料的強(qiáng)度而實(shí)現(xiàn)的。為了耦接振蕩，C還優(yōu)選地在如下方向上呈剛性，該方向與通過(guò)C彼此耦接的振蕩器的耦接方向垂直。當(dāng)在此示例中環(huán)形結(jié)構(gòu)L至少在縱向(垂直于實(shí)施例的部件E的縱向的方向)上呈剛性時(shí)，則可以通過(guò)復(fù)合結(jié)構(gòu)C來(lái)傳送部分901和部分902之間的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。通過(guò)將實(shí)施例的環(huán)形結(jié)構(gòu)L (位于部分901中和/或部分902中)和/或剛性構(gòu)件C中的至少一者布置成漸進(jìn)形式，還能夠產(chǎn)生取決于部分901和902之間的振幅的耦接。在此示例中，根據(jù)實(shí)施例，能夠在垂直于縱軸的方向上獲得漸進(jìn)性剛性。通過(guò)在部分901和部分902之間耦接標(biāo)準(zhǔn)相位差，還能利用由虛線框圖示的部分901和902的質(zhì)量塊的振蕩的相位之間的信息，該信息涉及這些部分中的相位的相反相位，其中，耦接到由這些部件形成的系統(tǒng)中的干擾能夠被更好地消除。
[0068]另外，如有必要，當(dāng)將正確相位的電壓引入到電容器的特定極板以進(jìn)行衰減時(shí)，可以通過(guò)電容性耦合和電容器的極板之間的牽引力的作用來(lái)電衰減特定模式，其中，可以利用電容器的極板之間的牽引力來(lái)衰減運(yùn)動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)以不同于衰減的方式調(diào)整引入電壓的相位時(shí)，還可以將電容器用于激發(fā)動(dòng)作，以輔助地維持特定振蕩模式。
[0069]圖10圖示了圖9的實(shí)施例的使用實(shí)施例，其中通過(guò)可變電容Cal、Cbl、Ca2和Cb2來(lái)形成電容性信號(hào)。在此示例中，電容可以根據(jù)極板之間的距離變化而變化，和/或根據(jù)用于形成電容的電容器極板之間的共用極板表面面積的變化而變化。在圖10中，部分901和902的振蕩被配置成反相形式，其中當(dāng)部分901中的電容Cal和電容Cbl增大時(shí)，部分902的對(duì)應(yīng)電容Ca2和電容Cb2減小。質(zhì)量塊Ma和Mb的電容器的對(duì)應(yīng)極板可以均被耦接到某個(gè)參考電位，例如，耦接到地(圖中沒(méi)有示出)，其中，質(zhì)量塊中的對(duì)應(yīng)極板接收與其相符的電位。這些電位可以是相同的或不同的電位，這取決于是否期望隨著對(duì)應(yīng)電容變化的信號(hào)具有不同于OV的特定偏壓。出于說(shuō)明的目的，在用于形成隨著電容變化的信號(hào)的電路MC中，例如通過(guò)圖中的箭頭示出了四個(gè)輸出1、2、3和4，但不限于輸出本身的數(shù)量和/或其它本身信號(hào)輸入或輸出本身。雖然根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在附圖中示出了雙差動(dòng)結(jié)構(gòu)，但是能以相同的電容式讀取方式(例如，由部分901形成的振蕩的電容式讀取)來(lái)讀取雙差動(dòng)結(jié)構(gòu)的實(shí)施例(501)的簡(jiǎn)單信號(hào)。
[0070]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的變形例，可以不使用部分902的激發(fā)框架結(jié)構(gòu)，從而節(jié)省了空間。在此情況下，在對(duì)應(yīng)的實(shí)施例中，在制定部分901的激發(fā)框架結(jié)構(gòu)的尺寸時(shí)，還可能需要考慮抗機(jī)械運(yùn)動(dòng)性能損耗作為這些的補(bǔ)償，且部分902亦需要進(jìn)行此補(bǔ)償。在此示例中，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，部分901中的環(huán)形結(jié)構(gòu)3，L還應(yīng)當(dāng)朝向部分902中的對(duì)應(yīng)環(huán)形結(jié)構(gòu)，以便這些環(huán)形結(jié)構(gòu)能夠通過(guò)剛性構(gòu)件C彼此耦接。在此情況下，根據(jù)實(shí)施例，環(huán)形結(jié)構(gòu)的取向優(yōu)選地與圖8所示取向相反。根據(jù)實(shí)施例，根據(jù)變形例，部分901和部分902相對(duì)于部件之間的直線反射地對(duì)稱，根據(jù)另一變形例，部分901和部分902相對(duì)于該直線的點(diǎn)反射地對(duì)稱，其將垂直地與感性構(gòu)件C相交。根據(jù)實(shí)施例的變形例，部分901和902在其他方面彼此相似，但是例如在部分901中，左側(cè)環(huán)形結(jié)構(gòu)的取向與右側(cè)環(huán)形結(jié)構(gòu)的取向相反，且在部分902中亦然。
[0071]圖11圖示了具有本發(fā)明實(shí)施例的第一組振蕩器的振蕩器陣列，該振蕩器陣列中的至少一些振蕩器能夠使用激發(fā)信號(hào)被一起同步成同相振蕩。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，振蕩器組的其他一些振蕩器可以被同步成相對(duì)于第一組振蕩器反相振蕩。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，振蕩器陣列可以具有被同步到其他一些振蕩器組的其他相位。圖11使用小箭頭圖示了振蕩器組之間的相位制定的有關(guān)振蕩器組的不同實(shí)施例變形例。
[0072]圖12圖示了本發(fā)明的如下多個(gè)實(shí)施例，在其中一個(gè)實(shí)施例中利用彈簧結(jié)構(gòu)。使用巢狀方塊圖示了替代示例和變形例先前提到的本發(fā)明的實(shí)施例。傳感器801’在其他方面與傳感器801相似，雖然在傳感器801’中，傳感器801’不具有兩個(gè)振蕩器501，但是傳感器801’的結(jié)構(gòu)由于部分901和部分902的反相狀態(tài)的實(shí)施而不同于傳感器801。在此情況下，傳感器801’的部分901和902中每一者具有至少一個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)3，L，以便在部分901和部分902之間耦接剛性構(gòu)件C以界定相位。雖然通過(guò)部分901和902示出了具有兩個(gè)反相部分的差動(dòng)結(jié)構(gòu)，但是不期望將本發(fā)明實(shí)施例僅限制成如下實(shí)施例，這類實(shí)施例僅具有兩個(gè)部分901和902的此類實(shí)施例，且其僅包含的環(huán)形結(jié)構(gòu)3，L (從左側(cè)邊緣或從右側(cè)邊緣)朝向另一個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)，以在界定傳感器801’中的部分901和902的相位時(shí)使用剛性構(gòu)件C
[0073]在本發(fā)明的具有通過(guò)使用部分901和/或部分902實(shí)施的數(shù)個(gè)傳感器部分801’的此等實(shí)施例中，可能的形式如下，在左側(cè)和右側(cè)的環(huán)形結(jié)構(gòu)3，L被配置成其朝向與圖8所示的示例的朝向相反，其中，傳感器部分可以通過(guò)剛性構(gòu)件C進(jìn)行串接以界定傳感器的相位。在此情況下，電容性激發(fā)也應(yīng)當(dāng)配置成與該串接的相位界定相一致，以實(shí)現(xiàn)和/或維持所期望的部分的共同相位。
[0074]通過(guò)將方塊ADC加入到圖12，圖示了如下實(shí)施例，其中本發(fā)明實(shí)施例的彈簧結(jié)構(gòu)是這類大較大實(shí)體的系統(tǒng)的一部分，在此較大實(shí)體中，利用了本發(fā)明實(shí)施例的振蕩器或這類振蕩器組。因而ADC亦涵蓋如下實(shí)施例，在這類實(shí)施例中可以從振蕩器獲得的信號(hào)被轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，但是不僅限于此。雖然在附圖中使用方塊“模擬”圖示了與數(shù)字信號(hào)平行地輸出的模擬信號(hào)的可能性，但是，不期望將本發(fā)明僅限制成平行形式，而是根據(jù)相應(yīng)的實(shí)施例還還可以僅執(zhí)行一種輸出。
[0075]與已知技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于占用空間小，以及相對(duì)于反相偏轉(zhuǎn)具有異常微小的剛性。因此，將本發(fā)明的耦接添加到傳感器結(jié)構(gòu)，并沒(méi)有顯著地降低它的機(jī)械靈敏度。
[0076]本發(fā)明的懸掛機(jī)構(gòu)的質(zhì)量塊的安裝點(diǎn)位于移動(dòng)軸向的相同直線上。由于這個(gè)原因，彈簧(例如，類似于蹺蹺板彈簧)的反作用力不會(huì)相對(duì)質(zhì)量塊產(chǎn)生力矩。
[0077]另外，彼此靠近的固定點(diǎn)的位置提高了由例如外部或溫度變化引起的扭矩的解決方案的穩(wěn)健性，特別是，例如與從角處安裝的解決方案相比。
【權(quán)利要求】
1.一種彈簧結(jié)構(gòu)(501)，其特征在于具有在第一方向上通過(guò)彈簧(Shl，Sh2)被耦接成反相振蕩器的至少兩個(gè)質(zhì)量塊(Ma，Mb)，所述彈簧(Shl，Sh2)經(jīng)由環(huán)形結(jié)構(gòu)(L，E)連接到所述質(zhì)量塊(Ma，Mb)，所述環(huán)形結(jié)構(gòu)(L，E)位于與所述環(huán)形結(jié)構(gòu)(L，E)的耦接點(diǎn)相連接的所述彈簧(Shl，Sh2)之間，其中，傾斜彈簧(SI45，Sr45)從所述環(huán)形結(jié)構(gòu)(L)的所述耦接點(diǎn)連接到基座的固定器(A)，使得所述環(huán)形結(jié)構(gòu)(L)的縱向運(yùn)動(dòng)以垂直于或大體上垂直于所述第一方向的方式布置，從而減弱所述質(zhì)量塊(Ma，Mb)的反相振蕩之外的反相振蕩。
2.如權(quán)利要求1所述的彈簧結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述傾斜彈簧(SI45，Sr45)相對(duì)于所述環(huán)形結(jié)構(gòu)(L)對(duì)稱。
3.如權(quán)利要求1或2所述的彈簧結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述傾斜彈簧(SI45，Sr45)具有相同的彈簧常數(shù)。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的彈簧結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述傾斜彈簧(SI45，Sr45)具有相同的化學(xué)和/或結(jié)構(gòu)成分。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的彈簧結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述傾斜彈簧(SI45，Sr45)在長(zhǎng)度、寬度和厚度中的至少一個(gè)方面具有共同的尺寸。
6.一種雙差動(dòng)彈簧結(jié)構(gòu)，其具有兩個(gè)如權(quán)利要求1所述的彈簧結(jié)構(gòu)(901，902)，所述彈簧結(jié)構(gòu)(901，902)通過(guò)連接用剛性構(gòu)件C而被耦接成反相振蕩器。
7.—種振蕩器,其特征在于具有至少一個(gè)如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的彈簧結(jié)構(gòu)。
8.一種振蕩器陣列，其特征在于具有至少一個(gè)如權(quán)利要求7所述的振蕩器。
9.一種傳感器，其特征在于具有至少一個(gè)如權(quán)利要求7或8所述的振蕩器。
10.一種傳感器系統(tǒng)，其特征在于具有至少一個(gè)如權(quán)利要求9所述的振蕩器。
【文檔編號(hào)】G01C19/56GK103492836SQ201280011285
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2012年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月4日
【發(fā)明者】安斯·布盧姆奎斯特, 亞科·羅希奧 申請(qǐng)人:村田電子有限公司