CN106482722B - 用于运行转速传感器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于运行转速传感器的方法，所述转速传感器具有衬底、相对于衬底可运动的至少一个结构、固定在所述结构上的至少一个第一电极、与衬底固定的至少一个第二电极、与衬底固定的至少一个第三电极、固定在所述结构上的至少一个第四电极、与衬底固定的至少一个第五电极和与衬底固定的至少一个第六电极，其中，所述第一电极至少部分地在第二电极和第三电极之间并且第四电极至少部分地在第五电极和第六电极之间分别在所述结构的静止位置中并且沿着基本上平行于第一轴线的方向布置，其中，在第一方法步骤中，激励所述结构由结构的静止位置振动，所述振动在该振动的至少一个振动周期内的至少一个第一时间区间期间具有基本上平行于一垂直于第一轴线延伸的第二轴线的运动分量。
Description
技术领域
本发明从一种用于运行转速传感器的方法出发。
背景技术
由现有技术已知此类方法。
发明内容
根据本发明的、用于运行转速传感器的方法相对于现有技术具有优点，即，所述方法使得能够减少转速传感器中的结构数量，例如驱动结构、驱动探测结构、科里奥利偏转结构、位置回调结构、谐振调谐结构和正交补偿结构。由此，能够实现较小、较简单、机械稳健性较好并且成本较有利的转速传感器，所述转速传感器与现有技术相比具有小的衬底面积。这由此实现，即，与现有技术相比，如此控制第一、第二、第三、第四、第五和第六电极，使得通过第一、第二、第三、第四、第五和第六电极的电压加载
-产生对所述结构的激励，并且在第三方法步骤中，在振动周期内的与第一时间区间不相交的至少一个第三时间区间期间，感测所述结构由所述静止位置基本上平行于第二轴线的偏转，或者
-产生对所述结构的激励，并且在第四方法步骤中，在振动周期内的至少一个第四时间区间期间，使所述振动的第一频率与所述力作用的第二频率相协调，或者
-产生对所述结构的激励，并且在第三方法步骤中，在振动周期内的与第一时间区间不相交的至少一个第三时间区间期间，感测所述结构由所述静止位置基本上平行于第二轴线的偏转，并且在第四方法步骤中，在振动周期内的至少一个第四时间区间期间，使所述振动的第一频率与所述力作用的第二频率相协调，或者
-产生对所述结构的激励，并且在第三方法步骤中，在振动周期内的与第一时间区间不相交的至少一个第三时间区间期间，感测所述结构从所述静止位置基本上平行于第二轴线的偏转，并且探测所述力作用，或者
-产生对所述结构的激励，并且在第三方法步骤中，在振动周期内的与第一时间区间不相交的至少一个第三时间区间期间，感测所述结构从所述静止位置基本上平行于第二轴线的偏转，并且在第四方法步骤中，在振动周期内的至少一个第四时间区间期间，使所述振动的第一频率与所述力作用的第二频率相协调，并且探测所述力作用。由此，尤其使得能够通过将多种功能合并到第一、第二、第三、第四、第五和第六电极中来实现用于运行具有与现有技术相比小衬底面积的转速传感器的方法。较小的、必需的衬底面积例如由此实现，即，借助根据本发明的方法，使得能够通过较少的焊垫(Pads)、较小的布线复杂度、较少所需的单独框架(例如驱动框架、科里奥利框架和探测框架)来赢得空间。根据本发明的方法的另一个优点是，使得能够“现场”测量，因为驱动框架和科里奥利框架例如可以合并，并由此能够实现驱动幅度和相位方面的偏移(Versatz)。
本发明的有利构型和改进方案能够由以下说明以及参照附图的描述得知。
按照一种优选改进方案，设置，为了产生对所述结构的激励
-在第二和第三电极上施加一低于施加在第一和第四电极上的参考电压的第一电压，并且在第五和第六电极上施加一高于所述参考电压的第二电压，或者
-在第二和第三电极上施加一高于所述参考电压的第一电压，并且在第五和第六电极上施加一低于所述参考电压的第二电压。由此，以有利的方式能够实现，借助第一电压和第二电压既由第一、第二和第三电极而且也由第四、第五和第六电极分别产生驱动所述结构的力。由此，有利地能够实现，第一电压和第二电压的时间变化曲线能够如此调节，使得机械驱动模式的频率的显著份额处于电势差的谱中。还以有利的方式能够实现沿着两个相反指向的方向具有基本上平行于第二轴线的运动分量地驱动所述结构。此外，由此提供一种运行转速传感器的方法，该方法通过对结构的激励的节拍模式在用于另外的功能的电极上提供时间窗口。
按照一种优选改进方案，设置，为了感测偏转，在第二、第三、第五和第六电极上施加一高于施加在第一和第四电极上的参考电压的第三电压。由此，有利地能够实现，在短的时间缝隙内在电极上如此施加一相对于第一和第四电极上的平均地电势具有差的电压，使得能够读出电容进而能够例如读出可运动电极的插入深度。此外，由此提供用于运行转速传感器的方法，该方法通过对所述结构的偏转的感测的节拍模式在用于另外的功能的电极上提供时间窗口。
按照一种优选改进方案，设置，为了使第一频率与第二频率相协调，在第二、第三、第五和第六电极上施加一高于第一和第四电极上的参考电压的、在时间上不变的第四电压。由此，有利地能够实现，在所有的电极上在一个振动周期内在时间平均上(imzeitlichen Mittel)施加相对于平均地电势(Mittelmassenpotential)的有效电压差，该电压差例如相应于作为DC值的理论正反馈电压(Mitkoppelspannung)。例如，用于实现该目标的多个自由参数中的一个为驱动电压的DC水平。
按照一种优选改进方案，设置，为了探测力作用，在第二、第三、第五和第六电极上施加一高于施加在第一和第四电极上的参考电压的第五电压。由此，以有利的方式，在短的时间缝隙内以电压加载电极，该电压相对于第一和第四电极上的平均地电势具有差，以使得能够读出电容进而例如读出可运动的电极的基本上平行于第一轴线的侧向运动。例如，在ASIC(专用集成电路，application-specific integrated Circuit)中分析处理关于作为科里奥利偏转尺度或者作为正交运动尺度的侧向运动的信息。此外，由此提供用于运行转速传感器的方法，该方法通过对所述力作用的探测的节拍模式在用于另外的功能的电极上提供时间窗口。
按照一种优选改进方案，设置，在第五方法步骤中，在所述振动周期内的与第一和/或第三时间区间不相交的至少一个第五时间区间期间，产生与所述力作用基本上反相位地相反作用的、施加到所述结构上的另外的力作用。由此，以有利的方式将电压施加到电极上，从而反作用于基于科里奥利力的侧向运动。由此，以有利的方式提供用于运行转速传感器的方法，该方法通过位置回调的节拍模式在用于另外的功能的电极上提供时间窗口。
按照一种优选改进方案，设置，为了产生所述另外的力作用，在第二和第五电极上施加一高于施加在第一和第四电极上的参考电压的第六电压，或者在第三和第六电极上施加一高于所述参考电压的第七电压。由此，以有利的方式能够实现与现有技术相比较小、较简单、机械稳健性较好并且成本较有利的转速传感器的运行。
按照一种优选改进方案，设置，在第六方法步骤中，在所述振动周期内的至少一个第六时间区间期间，基于所述偏转产生沿着基本上平行于第一轴线的方向施加到所述结构上的第三力作用。由此，有利地能够实现，根据本发明的方法包括用于与现有技术相比而言小的转速传感器的运行的正交补偿功能。
按照一种优选改进方案，设置，为了产生第三力作用，在第二电极的第一部分区域上和第六电极的第二部分区域上施加一第八电压，第八电压高于或者低于施加在第一电极的基本上朝向平行于第一轴线的方向变宽的第一区域上和第四电极的基本上朝向平行于第一轴线的方向变宽的第二区域上的参考电压，和/或在第三电极的第三部分区域上和第五电极的第四部分区域上施加一高于或者低于参考电压的第九电压。由此，有利地能够实现，根据本发明的方法以简单、机械稳健和成本有利的方式包括用于与现有技术相比而言小的转速传感器的运行的正交补偿功能。
附图说明
图1以示意图示出能够以根据本发明的方法运行的、按照本发明示例性实施方式的第一转速传感器。
图2以示意图示出能够以根据本发明的方法运行的、按照本发明示例性实施方式的第二转速传感器。
图3以示意图示出对能够以根据本发明的方法运行的转速传感器的电极的、能够针对根据本发明的方法所使用的电压加载。
具体实施方式
在不同的附图中，相同的部件总是设有相同的参考标记，并且因此通常也仅仅提及或提到一次。
图1示出能够以根据本发明的方法运行的、按照本发明示例性实施方式的第一转速传感器1或者说未示出的多个耦合的分振子(Teilschwingern)中的一个分振子。转速传感器1包括衬底3、相对于衬底3可运动的结构5、固定在结构5上的第一电极7、与衬底固定的第二电极9、与衬底固定的第三电极11、固定在结构5上的第四电极13、与衬底固定的第五电极15和与衬底固定的第六电极17。在此，所述第一电极7至少部分地在第二电极9和第三电极11之间并且第四电极13至少部分地在第五电极15和第六电极17之间分别沿着基本上平行于第一轴线X的方向布置。例如，电极7、9、11、13、15、17也称作多功能电极。在图1中仅仅在上部和下部示出各一个电极对。例如在具体实施时可复制所述电极对。
按照根据本发明的方法使图1中示例性示出的转速传感器如下运行：
-在第一方法步骤中，激励所述结构5由结构5的图1中示出的静止位置进行振动，所述振动在该振动的至少一个振动周期之内的至少一个第一时间区间期间具有基本上平行于第二轴线Y的运动分量。
-在第二方法步骤中，在所述振动周期之内的至少一个第二时间区间期间，基于转速传感器1的围绕基本上平行于第三轴线Z的一轴线的转速探测沿着基本上平行于第一轴线X的方向施加到结构5上的力作用。
在此，如此控制电极7、9、11、13、15、17，使得通过对电极7、9、11、13、15、17的电压加载
-产生对结构5的激励，并且在第三方法步骤中，在振动周期之内的、与第一时间区间不相交的至少一个第三时间区间期间，感测结构5从静止位置基本上平行于第二轴线Y的偏转，或者
-产生对结构5的激励，并且在第四方法步骤中，在振动周期之内的至少一个第四时间区间期间，使所述振动的第一频率与所述力作用的第二频率相协调，或者
-产生对结构5的激励，并且在第三方法步骤中，在振动周期之内的、与第一时间区间不相交的至少一个第三时间区间期间，感测结构5从静止位置基本上平行于第二轴线Y的偏转，并且在第四方法步骤中，在振动周期之内的至少一个第四时间区间期间，使所述振动的第一频率与所述力作用的第二频率相协调，或者
-产生对结构5的激励，并且在第三方法步骤中，在振动周期之内的、与第一时间区间不相交的至少一个第三时间区间期间，感测结构5从静止位置基本上平行于第二轴线Y的偏转，并且探测所述力作用，或者
-产生对结构5的激励，并且在第三方法步骤中，在振动周期之内的、与第一时间区间不相交的至少一个第三时间区间期间，感测结构5从静止位置基本上平行于第二轴线Y的偏转，并且在第四方法步骤中，在振动周期之内的至少一个第四时间区间期间，使所述振动的第一频率与所述力作用的第二频率相协调，并且探测力作用。
通过根据本发明的方法节省了空间，并且由此能够实现较小并且成本较有利的转速传感器设计。这尤其能够通过将多种功能合并到电极中来实现，所述功能例如通过沿X方向将电极复制成指状结构或者梳状结构而产生。将多种功能合并到一个指状结构中例如提供了如下可能性：通过较少的焊垫和较小的布线复杂度来赢得空间。此外，通过拓扑优点实现空间受益，因为不再需要单独的框架，如在例如Ωz转速传感器的情况下那样，所述Ωz转速传感器包括驱动框架、科里奥利框架和探测框架。此外，根据本发明的方法提供如下优点：使得能够“现场”测量，因为驱动结构和科里奥利结构可以合并，并且因此，相对于驱动幅度和相位的偏移能够最小化或者能够避免。
在图1中示出的转速传感器中，例如通过图1中未示出的驱动和探测弹簧这样悬挂结构5，使得沿Y方向的驱动运动和沿X方向的探测运动是可能的。此外，图1中示出的转速传感器例如涉及用于探测围绕Z轴线的转速的转速传感器。然而，本发明例如也可以用于探测围绕X轴线或Y轴线的转速或者用于探测围绕所提及的轴线中的多个轴线的转速。
例如，还这样使图1中示出的转速传感器运行，使得在第五方法步骤中，在振动周期之内的、与第一和/或第三时间区间不相交的至少一个第五时间区间期间，将与所述力作用基本上反相位地相反作用的另外的力作用施加到结构5上。
在图2中以示意图示出能够以根据本发明的方法运行的、按照本发明的示例性实施方式的第二转速传感器1，其中，图2中示出的转速传感器1基本上相应于图1中示出的转速传感器1。然而，图2中示出的转速传感器还能够如此运行，使得在第六方法步骤中，在振动周期之内的至少一个第六时间区间期间，基于所述偏转沿着基本上平行于第一轴线X的方向将第三力作用施加到结构5上。在图2中示例性示出的转速传感器情况下，在一个功能层中实现了不同的在电方面分开或者说绝缘的区域。在此，尤其设置，第二电极9与第一部分区域19、第三电极11与第三部分区域23、第五电极15与第四部分区域25以及第六电极17与第二部分区域21分别在电方面分开或者说电绝缘。由此，围绕正交补偿(Quadraturkompensation)功能的扩展是可能的。
例如，按照本发明设置，多种功能合并到同一个电极对中。能够示例性组合的功能为驱动力、驱动探测、谐振调谐、科里奥利探测、位置回调(Lagerueckregelung)和正交补偿。有利地，也可以设想与另外的功能组合。示例性并且非枚举的组合包括驱动力+驱动探测、驱动力+谐振调谐、驱动力+驱动探测+谐振调谐、驱动力+驱动探测+科里奥利探测、驱动力+驱动探测+谐振调谐+科里奥利探测，以及另外的组合。
对于根据本发明的方法，尤其决定性的是，针对所期望的功能组合例如执行电子控制的相应的信号生成和信号分析处理序列。这是可设想的，其方式是，通过时间复用(Zeitmultiplex)将相应的DC和AC电压叠加到电极上。
图3中以示意图示出在相对于时间施加的电势的意义上对能够以根据本发明的方法运行的转速传感器的电极的、能够针对根据本发明的方法所使用的电压加载。在此，涉及可能的布线的示例性节拍模式。这里，示例性地使用具有短暂中断的矩形脉冲用于驱动。例如，在中断的时间缝隙内实现用于驱动探测、科里奥利探测和位置回调的不同功能。此外，在使用如图2中的结构的情况下，例如在时间缝隙内也施加用于正交补偿的电压。然而，这在图3中没有示出。
对于驱动力、驱动探测以及谐振调谐的功能，例如暂时连接(verschaltet)第二和第三电极9、11或者第五和第六电极15、17。
例如，为了产生对结构5的激励或者说为了生成驱动力
-在第二和第三电极9、11上施加一低于在第一和第四电极7、13上施加的参考电压A的第一电压B，并且在第五和第六电极15、17上施加高于参考电压A的第二电压C，或者
-在第二和第三电极9、11上施加高于参考电压A的第一电压B，并且在第五和第六电极15、17上施加低于参考电压A的第二电压C。在此，例如电极9、11和15、17上的两个电势的时间变化曲线是这样的，使得机械驱动模式频率中的显著份额处于电势差谱中。例如，这在图3中示出。
此外，例如为了感测偏转或者驱动探测，在第二、第三、第五和第六电极9、11、15、17上施加一高于在第一和第四电极7、13上施加的参考电压A的第三电压D。在此，例如在短的时间缝隙内施加电压D，所述短的时间缝隙例如在一个振动周期期间重复例如十六次，所述电压例如相对于第一和第四电极7、13上的平均地电势这样具有一差，使得能够读出电容进而可运动的指状部(Finger)的插入深度。这例如在图3中示出。
附加地，例如为了使第一频率与第二频率相协调，或者为了进行谐振调谐，在第二、第三、第五和第六电极9、11、15、17上施加一高于施加在第一和第四电极7、13上的参考电压A的、在时间上不变的第四电压。在此，例如在所有电极上在振动周期上在时间平均上施加相对于平均地电势的有效电压差。该电压差例如相应于作为DC值的理论正反馈电势。例如，为了实现该目标的多个自由参数中的一个为选择驱动电压的DC水平。
对于位置回调和科里奥利探测的功能，例如暂时连接第二和第五电极9、15或者第三和第六电极11、17。
例如为了探测力作用或者科里奥利探测，在第二、第三、第五和第六电极9、11、15、17上施加一高于施加在第一和第四电极7、13上的参考电压A的第五电压E。在此，例如在短的时间缝隙内施加电压E，所述时间缝隙例如在一个振动周期期间重复十六次、然而不与驱动探测的时间缝隙交叠，所述电压相对于电极7、13上的平均地电势有一差，以便例如能够读出电容进而可运动的指状部的侧向运动。这例如在图3中示出。例如，可以在ASIC中将侧向运动的信息作为科里奥利偏转的尺度或者作为正交运动(Quadraturbewegung)的尺度来分析处理。
此外，例如为了产生另外的力作用或者为了位置回调，在第二和第五电极9、15上施加一高于施加在第一和第四电极7、13上的参考电压A的第六电压F，或者在第三和第六电极11、17上施加一高于参考电压A的第七电压G。在此，例如类似于科里奥利探测(然而与科里奥利探测没有交叠)地分别将电压F、G施加到电极9、15或电极11、17上，其中，所述电压产生施加到结构5上的所述另外的力作用，所述另外的力作用与基于科里奥利力的力作用或者说侧向运动相反地起作用。
最后，例如为了产生第三力作用或者说为了正交补偿，在第二电极9的第一部分区域19上和第六电极17的第二部分区域21上施加一第八电压，所述第八电压高于或者低于参考电压A，所述参考电压A施加在第一电极7的基本上朝着一平行于第一轴线X的方向扩宽的第一区域27上和第四电极13的基本上朝着一平行于第一轴线X的方向扩宽的第二区域29上，和/或，在第三电极11的第三部分区域23上和第五电极15的第四部分区域25上施加一高于或者低于参考电压A的第九电压。例如，尤其通过第一和第二区域27、29的扩宽或者可运动的指状部的连接来提供正交补偿功能。由此，分别在第一电极7和第一和第三部分区域19、23之间以及在第四电极13与第二和第四部分区域21、25之间提供一与偏转有关的交叠。由此，通过与不同DC电压的连接而能够在部分区域19、21、23、25之间产生指向侧向的、反作用于斜向振动(所谓的正交运动)的力。
Claims (9)
1.用于运行转速传感器(1)的方法，所述转速传感器具有衬底(3)、相对于衬底(3)可运动的至少一个结构(5)、固定在所述结构(5)上的至少一个第一电极(7)、与衬底固定的至少一个第二电极(9)、与衬底固定的至少一个第三电极(11)、固定在所述结构(5)上的至少一个第四电极(13)、与衬底固定的至少一个第五电极(15)和与衬底固定的至少一个第六电极(17)，其中，所述第一电极(7)至少部分地在第二电极(9)和第三电极(11)之间并且第四电极(13)至少部分地在第五电极(15)和第六电极(17)之间分别在所述结构(5)的静止位置中并且沿着基本上平行于第一轴线(X)的方向布置，其中，
-在第一方法步骤中，激励所述结构(5)由结构(5)的静止位置振动，所述振动在该振动的至少一个振动周期之内的至少一个第一时间区间期间具有基本上平行于一垂直于第一轴线(X)延伸的第二轴线(Y)的运动分量，
-在第二方法步骤中，在所述振动周期内的至少一个第二时间区间期间，基于转速传感器(1)围绕一基本上平行于一垂直于第一轴线(X)且垂直于第二轴线(Y)延伸的第三轴线(Z)的轴线的转速，探测沿着基本上平行于第一轴线(X)的方向施加到所述结构(5)的力作用，
其特征在于，如此控制第一、第二、第三、第四、第五和第六电极(7，9，11，13，15，17)，使得通过第一、第二、第三、第四、第五和第六电极(7，9，11，13，15，17)的电压加载
-产生对所述结构(5)的激励，并且在第三方法步骤中在振动周期内的与第一时间区间不相交的至少一个第三时间区间期间，感测所述结构(5)由所述静止位置基本上平行于第二轴线(Y)的偏转，或者
-产生对所述结构(5)的激励，并且在第四方法步骤中在振动周期内的至少一个第四时间区间期间，使所述振动的第一频率与所述力作用的第二频率相协调，或者
-产生对所述结构(5)的激励，并且在第三方法步骤中在振动周期内的与第一时间区间不相交的至少一个第三时间区间期间，感测所述结构(5)由所述静止位置基本上平行于第二轴线(Y)的偏转，并且在第四方法步骤中在振动周期内的至少一个第四时间区间期间，使所述振动的第一频率与所述力作用的第二频率相协调，或者
-产生对所述结构(5)的激励，并且在第三方法步骤中在振动周期内的与第一时间区间不相交的至少一个第三时间区间期间，感测所述结构(5)由所述静止位置基本上平行于第二轴线(Y)的偏转，并且探测所述力作用，或者
-产生对所述结构(5)的激励，并且在第三方法步骤中在振动周期内的与第一时间区间不相交的至少一个第三时间区间期间，感测所述结构(5)由所述静止位置基本上平行于第二轴线(Y)的偏转，并且在第四方法步骤中在振动周期内的至少一个第四时间区间期间，使所述振动的第一频率与所述力作用的第二频率相协调，并且探测所述力作用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了产生对所述结构(5)的激励，
-在第二和第三电极(9，11)上施加一低于施加在第一和第四电极(7，13)上的参考电压(A)的第一电压(B)，并且在第五和第六电极(15，17)上施加一高于所述参考电压(A)的第二电压(C)，或者
-在第二和第三电极(9，11)上施加一高于所述参考电压(A)的第一电压(B)，并且在第五和第六电极(15，17)上施加一低于所述参考电压(A)的第二电压(C)。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了感测所述偏转，在第二、第三、第五和第六电极(9，11，15，17)上施加一高于施加在第一和第四电极(7，13)上的参考电压(A)的第三电压(D)。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了使第一频率与第二频率相协调，在第二、第三、第五和第六电极(9，11，15，17)上施加一高于施加在第一和第四电极(7，13)上的参考电压(A)的、在时间上不变的第四电压。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了探测所述力作用，在第二、第三、第五和第六电极(9，11，15，17)上施加一高于施加在第一和第四电极(7，13)上的参考电压(A)的第五电压(E)。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在第五方法步骤中，在所述振动周期内的与第一和/或第三时间区间不相交的至少一个第五时间区间期间，产生与所述力作用基本上反相位地相反作用的、施加到所述结构(5)上的另外的力作用。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，为了产生所述另外的力作用，在第二和第五电极(9，15)上施加一高于施加在第一和第四电极(7，13)上的参考电压(A)的第六电压(F)，或者在第三和第六电极(11，17)上施加一高于所述参考电压(A)的第七电压(G)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在第六方法步骤中，在所述振动周期内的至少一个第六时间区间期间，基于所述偏转沿着基本上平行于第一轴线(X)的方向产生施加到所述结构(5)上的第三力作用。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，为了产生第三力作用，在第二电极(9)的第一部分区域(19)上和第六电极(17)的第二部分区域(21)上施加一第八电压，第八电压高于或者低于施加在第一电极(7)的基本上朝向平行于第一轴线(X)的方向变宽的第一区域(27)上和第四电极(13)的基本上朝向平行于第一轴线(X)的方向变宽的第二区域(29)上的参考电压(A)，和/或在第三电极(11)的第三部分区域(23)上和第五电极(15)的第四部分区域(25)上施加高于或者低于参考电压(A)的第九电压。
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