CN103512572A - 用于运行和/或测量微机械装置的方法和微机械装置 - Google Patents

用于运行和/或测量微机械装置的方法和微机械装置 Download PDF

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Abstract

建议一种用于运行和／或测量微机械装置的方法，其中，微机械装置具有可相对于衬底振动运动的第一振动质量和可相对于衬底同样振动运动的第二振动质量，其中，该微机械装置分别平行于驱动方向及根据第一定向具有用于偏转第一振动质量的第一驱动装置和用于偏转第二振动质量的第二驱动装置，其中，该微机械装置平行于驱动方向及根据与第一定向相反的第二定向地具有用于偏转第一振动质量的第三驱动装置和用于偏转第二振动质量的第四驱动装置，其中，该微机械装置具有用于检测第一振动质量的驱动运动的第一检测装置，其中，该微机械装置具有用于检测第二振动质量的驱动运动的第二检测装置，其中，为了运行和／或为了测量微机械装置，通过第一检测装置产生第一检测信号和通过第二检测装置产生第二检测信号，其中，第一检测信号与第二检测信号分开地求值。

Description

用于运行和/或测量微机械装置的方法和微机械装置
技术领域
本发明涉及一种用于运行和／或测量微机械装置的方法以及一种根据并列权利要求前序部分所述的装置。
背景技术
微机械装置、特别是微机械转速传感器是普遍公知的，其具有主要使用静电的梳形指驱动装置。为了精确调整工作振幅，在公知的微机械装置中通常，不仅使用受驱动的梳形指结构(所谓的驱动梳)，以便将力输入耦合到微机械装置的能振荡的并因此可以从静止位置偏转出的构件中，而且使用其它的梳形指结构，所谓的驱动检测梳，以便测量作为驱动电路的调节量使用的电容量差。
例如文献US5025346A公开了—种具有载体衬底和振动质量的微机械装置，其中，载体衬底和振动质量具有多个电极，使得振动质量可沿运动方向相对于载体衬底运动。
为运行微机械装置、特别是转速传感器，通常由电路产生周期性的电压波形(例如正弦或矩形脉冲)，然后通过传感器上的电容驱动结构将其转换成周期性的驱动力，这些力使微机械装置的部件、特别是起振动质量作用的那些部件置于振动中。
作为转速传感器经常使用由对称耦合的分振动器构成的传感器，从而可以通过差分分析原理减少干扰影响。
但是，受加工条件的限制可能会出现微机械装置的分振动器之间的不对称，这对微机械装置或者特别是对转速传感器的功能性产生不利影响。
发明内容
根据本发明的用于运行和／或测量微机械装置的方法和根据并列权利要求所述的微机械装置与现有技术相比具有优点：通过之前的特性化测量(Charakterisierungsmessung)能够获取关于微机械装置的分振动器之间由制造条件造成的不对称的信息，使得通过适当的筛分措施能够在制造之后筛选出这样的微机械装置，在这种微机械装置中分振动器之间的这种不对称特别大。由此，根据本发明可以在系统集成化之前及由此在成本有利的状况中，相应地检测一组微机械装置有缺陷的样品并由此总体上成本更加有利地形成制造过程。根据本发明设置了，在一种具有两个分振动器或一个第一分结构和一个第二分结构的微机械装置中，一方面实现对称的力输入耦合(特别是通过一方面第一驱动装置与第四驱动装置相连接及另一方面第二驱动装置与第三驱动装置相连接)及另一方面能够尤其是采用专用测量技术(预测量)以电途径简单地测定传感器的非对称性，用于获得微机械装置由加工造成的缺陷方面的信息。根据本发明特别有利的是，微机械装置的分振动器或第一分结构和第二分结构的偏转可以分开测量。特别是根据本发明有利的可以是，为了实施微机械装置的测量(也就是在制造期间或在特性化／平衡期间)，第一检测信号与第二检测信号被分开地分析及为了运行微机械装置，第一检测信号被与第二检测信号共同求值，特别是以第一和第二检测信号或第二和第一检测信号的差分信号的形式。
本发明的构型和进一步构型可参照附图由从属权利要求及说明书中得出。
根据本发明一种优选的进一步构型，第一检测装置仅仅检测第一振动质量的驱动运动及第二检测装置仅仅检测第二振动质量的驱动运动。由此，根据本发明可以以特别有利的方式获取关于第一和第二振动质量、尤其是关于微机械装置的分振动器之间的不对称性及尤其是在之前的特性化测量时的附加信息。
根据本发明另一种优选的进一步构型，第一驱动装置和第一检测装置沿着驱动方向设置在相对第一振动质量的不同侧上及其中第二驱动装置和第二检测装置沿着驱动方向设置在相对第二振动质量的不同侧上。由此根据本发明有利的可以是，一方面可将对称的力输入耦合提供到微机械装置的两个振动质量上或两个分振动器上及另一方面可以利用专用测量技术以电途径简单地测定传感器的不对称性，以获得微机械装置的由加工造成的缺陷方面的信息。
此外，根据本发明优选设置了，第一振动质量与第一驱动传递件相连接和第二振动质量与第二驱动传递件相连接，其中，第一驱动装置和第一检测装置沿着驱动方向设置在相对第一驱动传递件的不同侧上，及其中第二驱动装置和第二检测装置沿着驱动方向设置在相对第二驱动传递件的不同侧上。由此根据本发明也可以有利的方式以电途径简单地一方面测定对称的力输入耦合及另一方面测定传感器的不对称性。
此外，在该微机械装置中，根据本发明优选这样配置微机械装置，使得第一检测装置仅仅检测第一振动质量的驱动运动及第二检测装置仅仅检测第二振动质量的驱动运动。通过第一振动质量的运动检测与第二振动质量的运动检测的分离可特别简单地测定在微机械装置的机械结构中的不对称性。
此外，在微机械装置中，根据本发明优选第一驱动装置和第一检测装置沿着驱动方向设置在相对第一振动质量的不同侧上及其中第二驱动装置和第二检测装置沿着驱动方向设置在相对第二振动质量的不同侧上。
此外，根据本发明优选设置，第一振动质量与第一驱动传递件相连接及第二振动质量与第二驱动传递件相连接，其中，第一驱动装置和第一检测装置沿着驱动方向设置在相对第一驱动传递件的不同侧上及其中第二驱动装置和第二检测装置沿着驱动方向设置在相对第二驱动传递件的不同侧上。
此外，根据本发明还优选设置，在预测量微机械装置时检测第一和第二检测信号。
此外，在该微机械装置中，根据本发明优选的是，微机械装置被这样配置，使得第一检测装置仅仅检测第一振动质量的驱动运动及第二检测装置仅仅检测第二振动质量的驱动运动。
此外，根据本发明还优选设置，第一驱动装置、第三驱动装置和第一检测装置分别构造为与第一振动质量的对应电极形成梳形结构的指状电极及第二驱动装置、第四驱动装置和第二检测装置分别构造为与第二振动质量的对应电极形成另外的梳形结构的指状电极。
在附图中示出了本发明的实施例并在后面的说明中进行详细介绍。
附图说明
示出了：
图1示意性示出根据现有技术的转速传感器形式的微机械装置的立体透视图；
图2示意性示出根据图1的微机械装置的俯视图；
图3以俯视图示意性示出根据现有技术的微机械装置的另一种实施方式；
图4示意性示出根据本发明的特别是转速传感器形式的微机械装置的俯视图；以及
图5示意性示出根据本发明的另一种实施方式的、同样以转速传感器形式的微机械装置的俯视图。
具体实施方式
在不同的附图中相同的部件始终设有相同的附图标记并因此一般也仅命名或提到一次。
图1示出根据现有技术的微机械装置10的一个例子。所示出的是作为转速传感器的、具有第一振动质量11和第二振动质量12的微机械装置10，其中，第一振动质量11作为微机械装置10的第一分结构的部件实现和第二振动质量12作为微机械装置10的第二分结构的部件实现。分结构下面也称为分振动器，因为第一振动质量11和第二振动质量12可分别相对于图1中示意性地设置在振动质量下方的衬底100运动、尤其是振动运动地实施。
沿着驱动方向15，第一振动质量11和第二振动质量12可以借助驱动装置20驱动。第一和第二振动质量11、12的这种驱动运动可以借助检测装置30检测。
图2以示意性的方式示出了现有技术及相应于图1的图示的微机械装置10的俯视图。驱动装置20能够沿着驱动方向15驱动第一和第二振动质量11、12，其中，优选实现第一和第二振动质量的非平行的振荡，也就是说，第一振动质量11相应于图2的图示在一个时间点朝着例如正的驱动方向，而第二振动质量12则朝着负的驱动方向，也就是相对定向地驱动。借助检测装置，在根据图1和2的微机械装置中可检测第一和第二振动质量11、12的驱动运动。
图3示出根据现有技术的微机械装置10的另一举例。在此，实现了对第一和第二振动质量的驱动(尤其是用于实现非平行的驱动模式)，其中，驱动力在两侧施加到第一和第二振动质量的每一个上，这意味着，借助第一驱动装置21在驱动方向上按照第一定向驱动第一振动质量11以及借助第二驱动装置22同样平行于驱动方向按照第一定向地驱动第二振动质量12。借助第三驱动装置23，第一振动质量11被平行于驱动方向15地朝着与第一定向相反的第二定向驱动。借助第四驱动装置24，第二振动质量12平行于15按照第二定向地被驱动。根据图3的微机械装置10的对称设计，第一检测装置31既与第一振动质量11作用连接，也与第二振动质量12作用连接以及第二检测装置32同样既与第一振动质量11也与第二振动质量12作用连接，使得第一或第二振动质量11、12的各个量值在第一或第二检测装置31、32被差分分析的情况下彼此不能被分开。
在图4中示出了根据本发明的微机械装置10的一个例子。在此，实现对第一和第二振动质量11、12的驱动(尤其是用于实现非平行的驱动模式)，其中，驱动力在两侧施加到第一和第二振动质量11，12的每一个上，也就是说，借助第一驱动装置21在驱动方向上按照第一定向(在图4的实施例中在图平面上向左)驱动第一振动质量11并且借助第二驱动装置22同样平行于该驱动方向按照第一定向(在图4的实施例中在图平面上向左)地驱动第二振动质量12。借助第三驱动装置23，第一振动质量11被平行于驱动方向15地朝着与第一定向相反的第二定向(在图4的实施例中在图平面上向右)驱动。借助第四驱动装置24，第二振动质量12被平行于驱动方向按照第二定向(在图4的实施例中在图平面上向右)地驱动。根据本发明的微机械装置10，第一检测装置31仅与第一振动质量11作用连接和第二检测装置32仅与第二振动质量12作用连接，使得第一或第二振动质量11、12的各个量值可以利用第一或第二检测装置31，32的适当的分析电路彼此分开或可分开地分析或可分开地评价。利用这种电极设置可以单独地使用微机械装置10的每个分振动器的偏转信息或每个振动质量11、12的偏转信息，而驱动装置由于驱动装置的两侧布置而具有最大的对称性，这尤其是对抑制由悬浮力引起的干扰的1f运动是重要的。
在根据图5所示的本发明的实施方式中，第一振动质量11与第一驱动传递件16相连接及第二振动质量12与第二驱动传递件17相连接，其中，第一驱动装置21和第一检测装置31沿着驱动方向15设置在相对第一驱动传递件16的不同侧上以及第二驱动装置22和第二检测装置32沿着驱动方向15设置在相对第二驱动传递件17的不同侧上。通过实现驱动传递件16、17可能的是，驱动结构分别-相对振动质量11、12，也就是不在这些振动质量之间地-设置在外部。根据图5，驱动电极(也就是第一、第二、第三和第四驱动装置)也分别对于沿着驱动方向15的两个定向被设置(在驱动传递件上)，而第一和第二检测装置31、32则仅被限定在一个结构上(也就是说，第一检测装置31限定在第一振动质量11上及第二检测装置32限定在第二振动质量12上)。由此，根据本发明得出优点：实现了分别在驱动结构上的激励并且抑制了寄生的运动形式。

Claims (11)

1.用于运行和／或测量微机械装置(10)的方法，其中，该微机械装置(10)具有相对于衬底(100)可振动运动的第一振动质量(11)和相对于该衬底(100)同样可振动运动的第二振动质量(12)，其中，该微机械装置(10)分别平行于驱动方向(15)及按照第一定向具有用于偏转第一振动质量(11)的第一驱动装置(21)和用于偏转第二振动质量(12)的第二驱动装置(22)，其中，该微机械装置(10)平行于该驱动方向(15)及按照与第一定向相反的第二定向具有用于偏转第一振动质量(11)的第三驱动装置(23)和用于偏转第二振动质量(12)的第四驱动装置(24)，其中，该微机械装置(10)具有用于检测第一振动质量(11)的驱动运动的第一检测装置(31)，其中，该微机械装置(10)具有用于检测第二振动质量(12)的驱动运动的第二检测装置(32)，其特征在于，为了运行和／或测量该微机械装置(10)，通过第一检测装置(31)产生第一检测信号及通过第二检测装置(32)产生第二检测信号，其中，第一检测信号与第二检测信号被分开地求值。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，第一检测装置(31)仅仅检测第一振动质量(11)的驱动运动和第二检测装置(32)仅仅检测第二振动质量(12)的驱动运动。
3.按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，第一驱动装置(21)和第一检测装置(31)沿着驱动方向(15)设置在相对第一振动质量(11)的不同侧上，及其中第二驱动装置(22)和第二检测装置(32)沿着驱动方向(15)设置在相对第二振动质量(12)的不同侧上。
4.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第一振动质量(11)与第一驱动传递件(16)相连接及第二振动质量(12)与第二驱动传递件(17)相连接，其中，第一驱动装置(21)和第一检测装置(31)沿着驱动方向(15)设置在相对第一驱动传递件(16)的不同侧上，及其中第二驱动装置(22)和第二检测装置(32)沿着驱动方向(15)设置在相对第二驱动传递件(17)的不同侧上。
5.按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，第一和第二检测信号被在预测量该微机械装置(10)时检测。
6.微机械装置(10)、尤其是转速传感器，其中，该微机械装置(10)具有第一振动质量(11)和第二振动质量(12)，其中，该微机械装置(10)分别平行于驱动方向(15)及按照第一定向具有用于偏转第一振动质量(11)的第一驱动装置(21)和用于偏转第二振动质量(12)的第二驱动装置(22)，其中，该微机械装置(10)平行于驱动方向(15)及按照与第一定向相反的第二定向具有用于偏转第一振动质量(11)的第三驱动装置(23)和用于偏转第二振动质量(12)的第四驱动装置(24)，其中，该微机械装置(10)具有用于检测第一振动质量(11)的驱动运动的第一检测装置(31)，其中，该微机械装置(10)具有用于检测第二振动质量(12)的驱动运动的第二检测装置(32)，其特征在于，该微机械装置(10)被这样配置，使得为了运行和／或测量该微机械装置(10)，通过第一检测装置(31)产生第一检测信号并且通过第二检测装置(32)产生第二检测信号，其中，该微机械装置(10)被配置用于分开地分析第一和第二检测信号。
7.按权利要求6所述的微机械装置(10)，其特征在于，该微机械装置被这样配置，使得第一检测装置(31)仅仅检测第一振动质量(11)的驱动运动及第二检测装置(32)仅仅检测第二振动质量(12)的驱动运动。
8.按权利要求6或7所述的微机械装置(10)，其特征在于，第一驱动装置(21)和第一检测装置(31)沿着驱动方向(15)设置在相对第一振动质量(11)的不同侧上，及其中第二驱动装置(22)和第二检测装置(32)沿着驱动方向(15)设置在相对第二振动质量(12)的不同侧上。
9.按权利要求6或7所述的微机械装置(10)，其特征在于，第一振动质量(11)与第一驱动传递件(16)相连接及第二振动质量(12)与第二驱动传递件(17)相连接，其中，第一驱动装置(21)和第一检测装置(31)沿着驱动方向(15)设置在相对第一驱动传递件(16)的不同侧上，及其中第二驱动装置(22)和第二检测装置(32)沿着驱动方向(15)设置在相对第二驱动传递件(17)的不同侧上。
10.按权利要求9所述的微机械装置(10)，其特征在于，第一驱动装置(21)和第一检测装置(31)沿着驱动方向(15)设置在相对第一分结构(11)的相同侧上，及其中第二驱动装置(22)和第二检测装置(32)沿着驱动方向(15)设置在相对第二分结构(12)的相同侧上。
11.按前述权利要求之一所述的微机械装置(10)，其特征在于，第一驱动装置(21)、第三驱动装置(23)和第一检测装置(31)分别构造为与第一振动质量(11)的对应电极形成梳形结构的指状电极，并且第二驱动装置(22)、第二驱动装置(22)和第二检测装置(32)分别构造为与第二振动质量(12)的对应电极形成另外的梳形结构的指状电极。
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