CN105699695B - 用于测试旋转速率传感器的功能的方法 - Google Patents

用于测试旋转速率传感器的功能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种用于测试旋转速率传感器的功能的方法，其中，所述旋转速率传感器包括基底和能相对于所述基底振动的微机械结构，所述微机械结构具有第一驱动元件、第二驱动元件和至少一个科里奥利元件，其中，科里奥利元件能够由第一驱动元件和/或第二驱动元件激励成至少一个振动模式，其中，一个探测信号根据待探测的对科里奥利元件的力作用来探测，其中，旋转速率传感器能够可选地在正常模式中或者在自测试模式中运行，其中，在正常模式中，第一驱动元件和第二驱动元件被驱动，其特征在于，在自测试模式中可选地仅仅第一驱动元件或第二驱动元件被驱动。

Description

用于测试旋转速率传感器的功能的方法
技术领域
本发明涉及一种用于测试旋转速率传感器的功能的方法。
背景技术
这种方法通常是公知的。例如由出版物US 2013/0239651 A1得知了一种旋转速率传感器，所述旋转速率传感器包括本体和振动质量。振动质量弹性地固定在本体上并且在传感方向上具有一个自由度。旋转速率传感器具有自测试执行元件。此外，由出版物US2013/0233048 A1公知的是，在自测试时使用两个自测试执行元件电极。在出版物EP 2 647954 A2中说明了旋转速率传感器的自测试，在所述自测试中使用电容式MEMS传感器和开关电路。在没有附加电路或/和附加电极的情况下不能设置对旋转速率传感器的功能的测试。
发明内容
按照本发明，提出了一种用于测试旋转速率传感器的功能的方法，其中，所述旋转速率传感器包括基底和能相对于所述基底振动的微机械结构，所述微机械结构具有第一驱动元件、第二驱动元件和至少一个科里奥利元件，其中，所述科里奥利元件能够由所述第一驱动元件和/或所述第二驱动元件激励成至少一个振动模式，其中，根据待探测的、作用于所述科里奥利元件的力来探测一探测信号，其中，所述旋转速率传感器能够可选地在正常模式中或者在自测试模式中运行，其中，在所述正常模式中，所述第一驱动元件和所述第二驱动元件被驱动，其中，在所述自测试模式中可选地仅仅所述第一驱动元件或所述第二驱动元件被驱动。
本发明的用于测试旋转速率传感器的功能的方法与现有技术相比具有的优点是，为了测试所述功能不使用附加的构件以激励微机械结构。这通过以下方式实现，在自测试模式中可选地仅仅第一驱动元件或第二驱动元件被驱动。
根据本发明的用于测试旋转速率传感器的功能的方法以简单的方式实现了在不使用附加的构件的情况下测试旋转速率传感器的功能。因此能够明显地降低制造成本。此外，通过在测试模式中和在正常模式中使用相同的电极也可以揭示用于驱动的电极的损伤。
本发明的有利的构型和进一步方案由下述说明以及参考附图的说明得知。
根据一个优选的进一步方案设置，在自测试模式中的初始校准步骤期间，一个探测信号作为期望的探测信号存储在存储单元中。优选地，在制造中进行所述校准。因此，在制造过程结束时能够以简单的方式保存期望的探测信号。
根据一个优选的进一步方案设置，在自测试步骤期间在比较单元中，使自测试模式中的探测信号与期望的探测信号比较。优选地，在运输并且装配旋转速率传感器之后或者在运行期间进行所述自测试步骤。在运输并且装配之后，能够以简单的方式在使用旋转速率传感器期间使在自测试模式中被测量的探测信号与期望的探测信号比较。
根据一个优选的进一步方案设置，如果自测试模式中的探测信号与期望的探测信号的差值超过预定值，则比较单元产生一个缺陷信息。特别是可以揭示缺陷、例如以在微机械结构或固定的电极中的破裂形式的运输损伤、由壳体损坏引起的压力影响或由钎焊引起的压力影响。由壳体损坏引起的压力影响或由钎焊引起的压力影响可以导致基底拱起，所述拱起又可以导致改变微机械结构与电极的间距。
本发明的另一个内容是一种旋转速率传感器，其具有基底和能相对于基底振动的微机械结构，所述微机械结构具有第一驱动元件、第二驱动元件和至少一个科里奥利元件，其中，基底具有主延伸平面，其中，旋转速率传感器配置为使得科里奥利元件能够由第一驱动元件和/或第二驱动元件激励成至少一个振动模式，其中，旋转速率传感器包括探测装置，所述探测装置用于探测待探测的对科里奥利元件的力作用，其中，旋转速率传感器配置为使得旋转速率传感器能够可选地在正常模式中或者在自测试模式中运行，其中，旋转速率传感器配置为使得在正常模式中第一驱动元件和第二驱动元件被驱动，其特征在于，旋转速率传感器配置为使得在自测试模式中可选地仅仅第一驱动元件或第二驱动元件被驱动。通过在不使用用于激励微机械结构的附加电路和附加电极的情况下实现对旋转速率传感器的自测试，能够以成本特别低廉的方式实现具有自测试功能的旋转速率传感器。
根据一个优选的进一步方案设置，科里奥利元件具有第一科里奥利元件和第二科里奥利元件，并且科里奥利元件实施基本平行于旋转速率传感器的主延伸平面的驱动运动并且在待探测的旋转速率的情况下经受沿着探测方向的力作用，其中，所述探测方向垂直于所述主延伸平面延伸。
根据一个可替换的实施方式，所述驱动运动基本在垂直于基底的主延伸平面方向上进行。
根据一个另外的可替换的实施方式，所述驱动运动基本平行于x轴进行。因此有利地实现了，一个探测信号可以根据待探测的对科里奥利元件的力作用来探测。
附图说明
图1示出根据本发明的一个示例性的实施方式的具有驱动元件和科里奥利元件的旋转速率传感器的示意性的俯视图，
图2以侧视图示出了在正常模式中的旋转速率传感器，其中悬浮力通过箭头示出，并且示出了根据本发明的示例性的实施方式的旋转速率传感器的示意性的俯视图，和
图3以侧视图示出了在自测试模式中的旋转速率传感器，其中悬浮力通过箭头示出，并且示出了根据本发明的示例性的实施方式的旋转速率传感器的示意性的俯视图。
在不同的附图中，相同的部件始终设有相同的附图标记并且为此通常分别被标出或提及仅仅一次。
具体实施方式
图1中示出根据本发明的一个示例性的实施方式的旋转速率传感器1的示意性的俯视图，其中，旋转速率传感器1具有基底和能相对于基底振动的微机械结构2。旋转速率传感器1具有第一驱动梳形件3和第二驱动梳形件4，其中，第一驱动梳形件3和第二驱动梳形件4设置为固定在基底上。微机械结构2包括第一驱动元件5、第二驱动元件6、第一科里奥利元件7′和第二科里奥利元件7″，其中，所述元件弹簧弹性地悬挂在基底上。
旋转速率传感器1示例性地构造用于探测绕着平行于旋转速率传感器1(或者作为所谓的Ωx传感器或者作为所谓的Ωy传感器)的主延伸平面的旋转速率，其中，垂直于主延伸平面(z轴)地进行所述探测。在旋转速率传感器在正常模式中运行(即用于探测旋转速率)时，驱动元件5和6通过时间上可变的电压优选地在谐振频率中或附近来驱动进行振动，其中，驱动元件5和6实施平行于主延伸平面、例如在y轴方向上的运动。在此，第一驱动梳形件3和第一驱动元件5之间的时间上可变的电压导致对第一驱动元件5的力作用，并且第二驱动梳形件4和第二驱动元件6之间的时间上可变的电压导致对第二驱动元件6的力作用。第一驱动元件5在驱动方向上机械地刚性地与第一科里奥利元件7′连接，并且第二驱动元件6同样在驱动方向上机械地刚性地与第二科里奥利元件7″耦合。第一科里奥利元件7′和第二科里奥利元件7″在下文中也称为科里奥利元件7。科里奥利元件7通过驱动装置实施基本平行于主延伸平面的运动。一个探测信号在正常模式中根据待探测的对科里奥利元件7的力作用来探测。在此，待检测的科里奥利力沿着一个下述的探测方向被探测，所述探测方向在旋转速率传感器的示例性的实施例中垂直于主延伸平面延伸。
旋转速率传感器具有正常模式和自测试模式。在正常模式中，不仅第一驱动元件5而且第二驱动元件6被对称地和同步地驱动。在自测试模式中，可选地仅仅第一驱动元件5或第二驱动元件6被驱动。因此可以在不使用附加的构件的情况下测试旋转速率传感器的功能。在制造过程结束时，一个探测信号在自测试步骤期间被测量并且作为期望的探测信号被存储在存储单元中。优选地，不仅为了驱动第一驱动元件5而且为了驱动第二驱动元件6分别将一个期望的探测信号存储在存储单元中。在使用旋转速率传感器期间，在比较单元中使自测试模式中测量的探测信号与相应的期望的探测信号比较。
在正常模式中，借助于第一探测装置8′探测第一科里奥利元件7′的偏转，并且借助于第二探测装置8″探测第二科里奥利元件7″的偏转。在由第一探测装置8′的信号和第二探测装置8″的信号进行的差值分析中得出一个探测信号。
特别是基于由制造决定的公差，驱动元件5和6的驱动运动除了期望的平行于主延伸平面(xy平面)的分量以外也具有垂直于主延伸平面(z轴方向)的分量。驱动运动的垂直于主延伸平面(z轴方向)的分量被传导回到电场(E-Feld)的不对称区域上，因此产生所谓的悬浮力(Levitationskraefte)。图2在左侧以侧视图示出了在正常模式中的旋转速率传感器1，其中，根据本发明的示例性的实施方式，悬浮力通过从驱动元件延伸的箭头示出。由根据图2的侧视图得知，在正常模式中，第一科里奥利元件7′和第二科里奥利元件7″的驱动感应的在z方向上的偏转、即悬浮力是基本相等的。基于借助于第一探测装置8′以及第二探测装置8″对探测信号的差值分析，在正常模式中消除了驱动运动的在探测方向(z轴方向)上的分量对探测信号的作用。
图3在左侧以侧视图示出了在示例性的自测试模式中的旋转速率传感器1，其中悬浮力通过箭头示出，根据本发明的示例性的实施方式，在所述自测试模式中仅仅第一驱动元件5被驱动。在根据图3的侧视图中可以看到第一科里奥利元件7′的偏转和作用于第一驱动元件5的悬浮力。在这个视图中，仅仅第一驱动元件5通过第一驱动梳形件3和第一驱动元件5之间的时间上可变的电压激励。通过在自测试模式中针对性地可选地仅仅激励第一驱动元件5或第二驱动元件6使一个补偿量(Offset)起作用，所述补偿量使传感器的零位移动。所述移动由微机械结构的结构得出，并且只要微机械结构未改变其特性，所述移动就应该在整个使用寿命内是稳定的。由壳体损坏引起的压力影响或由钎焊引起的压力影响可以导致基底拱起，所述拱起又可以导致改变微机械结构与电极的间距。通过在使用旋转速率传感器期间使自测试模式中的探测信号与期望的探测信号比较可以揭示缺陷、例如以在微机械结构或固定的电极中的破裂形式的运输损伤、由壳体损坏引起的压力影响或由钎焊引起的压力影响。

Claims (6)

1.一种用于测试旋转速率传感器(1)的功能的方法，其中，所述旋转速率传感器(1)包括基底和能相对于所述基底振动的微机械结构(2)，所述微机械结构具有第一驱动元件(5)、第二驱动元件(6)和至少一个科里奥利元件(7)，其中，所述科里奥利元件(7)能够由所述第一驱动元件(5)和/或所述第二驱动元件(6)激励成至少一个振动模式，其中，根据待探测的、作用于所述科里奥利元件(7)的力来探测一探测信号，其中，所述旋转速率传感器(1)能够可选地在正常模式中或者在自测试模式中运行，其中，在所述正常模式中，所述第一驱动元件(5)和所述第二驱动元件(6)被驱动，其特征在于，在所述自测试模式中可选地仅仅所述第一驱动元件(5)或所述第二驱动元件(6)被驱动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述自测试模式中的初始校准步骤期间，将一探测信号作为期望的探测信号存储在一存储单元中。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在自测试步骤期间，在一比较单元中将所述自测试模式中的探测信号与所述期望的探测信号比较。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，如果所述自测试模式中的探测信号与所述期望的探测信号的差值超过一预定值，则所述比较单元生成一缺陷信息。
5.一种旋转速率传感器(1)，其具有基底和能相对于所述基底振动的微机械结构(2)，所述微机械结构具有第一驱动元件(5)、第二驱动元件(6)和至少一个科里奥利元件(7)，其中，所述基底具有一主延伸平面，其中，所述旋转速率传感器(1)配置为使得所述科里奥利元件(7)能够由所述第一驱动元件(5)和/或所述第二驱动元件(6)激励成至少一个振动模式，其中，所述旋转速率传感器(1)包括探测装置(8)，所述探测装置用于探测待探测的、作用于所述科里奥利元件(7)的力，其中，所述旋转速率传感器(1)配置为使得所述旋转速率传感器(1)能够可选地在正常模式中或者在自测试模式中运行，其中，所述旋转速率传感器(1)配置为使得在所述正常模式中所述第一驱动元件(5)和所述第二驱动元件(6)被驱动，其特征在于，所述旋转速率传感器(1)配置为使得在所述自测试模式中可选地仅仅所述第一驱动元件(5)或所述第二驱动元件(6)被驱动。
6.根据权利要求5所述的旋转速率传感器(1)，其特征在于，所述科里奥利元件(7)具有第一科里奥利元件(7′)和第二科里奥利元件(7″)，并且所述科里奥利元件(7)实施基本平行于所述旋转速率传感器的主延伸平面的驱动运动并且在一待探测的旋转速率的情况下经受沿着一探测方向的力作用，其中，所述探测方向垂直于所述主延伸平面。
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