CN1928496A - 角速度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种角速度传感器。该角速度传感器包括感测角速度的振动器、以及安装有所述振动器的外壳。所述振动器布置在所述外壳中，以使得该振动器的宽度方向与所述外壳的长边方向一致。所述振动器可附着于所述外壳，以使得该振动器相对于垂直方向倾斜。

Description

角速度传感器

技术领域

本发明通常涉及角速度传感器，更具体地涉及一种利用音叉式振动器(tuning fork type vibrator)的角速度传感器。

背景技术

角速度传感器检测物体转动时的角速度。角速度传感器用于避免在拍摄图像中由于手的运动而引起的图像模糊，并用于诸如汽车导航系统的位置检测系统、以及汽车和机器人用的姿势控制系统。

已知一种带有音叉式振动器的角速度传感器，该音叉式振动器用作角速度传感器的一个元件，用于感测角速度。音叉式振动器在结构简单且易于制造方面是优选的。日本专利申请特开平11-230758号公报公开了一种音叉式振动器，如图1所示。参照该图，音叉式振动器1具有一对臂2以及基部3，该基部将臂2的在同一侧的端部相连接。臂2的另一端是自由端。基部3的下端用作固定端，该固定端通过导电粘合剂以电和机械的方式固定于外壳(package)4上的电极焊盘5。

所述音叉式振动器可以通过一部件附着于外壳，或者可以直接附着于其上。在任一情况下，振动器的振动都可能传递至外壳，并可能泄漏到振动器之外。具体地，在外壳由诸如陶瓷的轻质材料制成的情况下，由于振动的泄漏，所述音叉式振动器的特性可能会不稳定。这会在角速度检测中产生误差。上述申请公报中所公开的现有技术完全没有考虑振动的泄漏。

发明内容

本发明的目的是提供一种紧凑的、振动泄漏减少的高精密角速度传感器。

根据本发明的一方面，提供了一种角速度传感器，该角速度传感器包括：感测角速度的振动器；以及安装有所述振动器的外壳，所述振动器布置在所述外壳中，以使得所述振动器的宽度方向与所述外壳的长边方向一致。

附图说明

结合附图阅读以下详细描述，将更清楚本发明的其它目的、特征和优点，在附图中：

图1是传统角速度传感器的分解立体图；

图2是根据本发明实施例的角速度传感器的平面图；

图3A至图3D示出了用在图2所示的角速度传感器中的支撑架，其中：图3A示出了展开图；图3B示出了平面图；图3C示出了正视图；而图3D示出了支撑音叉式振动器并安装在外壳上的支撑架；

图4是示出了表示外壳宽度与音叉式振动器的振动泄漏之间的关系的仿真结果的曲线图；

图5是外壳的立体图；

图6A示出了其中音叉式振动器在外壳中以角θ1倾斜的布置；

图6B示出了其中音叉式振动器在外壳中以另一角θ2倾斜的另一布置；

图7A和图7B示出了音叉式振动器的电极图案；

图8示出了其上安装有音叉式振动器的外壳被一盖覆盖的布置；

图9示出了容纳有音叉式振动器的外壳被安装在板上的布置；

图10A、图10B和图10C示出了容纳有音叉式振动器的外壳被安装在板上的其它布置；以及

图11示出了容纳有音叉式振动器的外壳被安装在板上的进一步布置。

具体实施方式

现在将参照附图来描述本发明的实施例。

[第一实施例]

图2示出了根据本发明第一实施例的角速度传感器的结构。角速度传感器100具有音叉式振动器10、支撑该音叉式振动器10的支撑架20、以及陶瓷制成的外壳30。振动器10具有基部13以及两个臂11和12，这两个臂从基部13沿相同方向延伸并彼此间隔开。

支撑架20支撑音叉式振动器10的基部，并将该音叉式振动器10固定于外壳30。图3A示出了支撑架20的展开图，图3B是其平面图。图3C是支撑架20的正视图，图3D示出了安装在外壳30上的支撑架20。如图3A所示，支撑架20具有平坦部、臂部22和腿部23。音叉式振动器10安装在平坦部21上。臂部22支撑供安装音叉式振动器10的平坦部21。腿部23以稳定的状态将平坦部21和臂部22固定于外壳30。

平坦部21和基部13通过例如由环氧树脂制成的粘合剂而彼此固定。该固定可以以高生产率来实现。如图3C所示，使臂部22成曲线或弯曲成弓形形状。臂部22可以弹性弯曲以支撑音叉式振动器10。腿部23具有与外壳30接触的大接触面积，从而能以稳定状态支撑外壳30。

此外，支撑架20具有设在平坦部21中的L形折叠部，该L形折叠部用于支撑音叉式振动器10的基部13。L形折叠部24增加了支撑架20的支撑面积并增强了粘合强度。图3D示出了沿图2所示的线A-A’剖取的剖面，并示出了支撑音叉式振动器10的支撑架20。

外壳30可以由陶瓷材料制成。在外壳30中设有触排(bank)32、以及供安装电子部件(可以是例如IC芯片)33的安装区域。在触排32的上表面上设有用于与音叉式振动器10进行电连接的焊盘(pad)31。如稍后所述，触排32用作振动器定位部件。

在本实施例中，音叉式振动器10以这样的方式安装在外壳30上，以使得音叉式振动器10的宽度方向(短边方向)与外壳30的长边方向一致。更具体地，假设W和L分别是外壳30的宽度和长度，则外壳30设计成使得宽度W比平行于音叉式振动器10的长边方向的长度L更大。以这种方式，外壳30的宽度W相对加大。支撑音叉式振动器10的外壳30的加大的宽度W致使惯性增加，从而使得音叉式振动器10的振动难以泄漏到外壳之外。

图4示出了表示外壳宽度与音叉式振动器10的振动泄漏之间的关系的仿真结果。图4的曲线图的纵轴表示其中音叉式振动器10被外壳30支撑的第一种情况与其中音叉式振动器10未被支撑的第二种情况之间的音叉式振动器10的谐振频率之差(Δfy[Hz])。在该仿真中，外壳30的长度L定为5[mm]，谐振频率之差绘制成外壳30的宽度W的函数。从图4中可以看出，谐振频率之差Δfy随着宽度W的增大而减小。具体地，当外壳宽度W等于或大于外壳长度L(＝5[mm])时，谐振频率之差Δfy小到仅5[Hz]或更低。随着谐振频率之差Δfy变小，振动泄漏减少。

音叉式振动器10可按以下布置容纳在外壳30中。

角速度传感器100可以安装在附着于车辆的仪表板的汽车导航系统上。若仪表板倾斜，则角速度传感器100的感测轴线也倾斜，从而增大了角速度感测中的误差。考虑到上述情况，以成给定角度的倾斜状态将音叉式振动器10附着于外壳30。音叉式振动器10的倾斜附着提高了感测精度。

借助外壳30的触排32可容易且准确地将振动器10定位在倾斜状态。如图2所示，触排32可设置在音叉式振动器10的两侧。此外，如图5所示，左右触排32具有面对音叉式振动器10的表面，这些表面相对于外壳30的短边方向形成不同角度。如图6A和图6B所示，左右触排32可用于定位音叉式振动器10。参照图6A，音叉式振动器10定位成使得支撑架20与右触排32的相对表面接合。这样，音叉式振动器10可相对于外壳30的短边方向以角θ1确实地倾斜。参照图6B，音叉式振动器10定位成使得支撑架20与左触排32的相对表面接合。这样，音叉式振动器10可相对于外壳30的短边方向以角θ2确实地倾斜。以这种方式，音叉式振动器10可以以角θ1或θ2的倾斜状态附着于外壳30。应注意，外壳30相对于诸如仪表板的附着表面并未倾斜，但是音叉式振动器10相对于外壳30倾斜。这样，不管附着方式如何，角速度传感器100处于附着状态的高度不变。这有助于使供附着角速度传感器100的装置小型化。此外，音叉式振动器10可以在宽度W大于长度L的外壳30内转动。

音叉式振动器10和外壳30如以下方式电连接。参照图7A和图7B，音叉式振动器10具有电极。图7A示出了音叉式振动器10的前侧，图7B示出了其后侧。在臂11上设置有检测电极11a、11b和11c。检测电极11a和11b通过电极11d相连。检测电极11a设有引出电极(extractionelectrode)11f。电极11c连接至引出电极11e。类似地，在臂12上设置有检测电极12a、12b和12c。检测电极12a和12b通过电极12d相连。检测电极12a设有引出电极12f。电极12c连接至引出电极12e。在音叉式振动器10的前表面上设置有驱动电极14a，该驱动电极连接至引出电极14b。类似地，在音叉式振动器10的后表面上设置有驱动电极15a，该驱动电极连接至引出电极15b。

如图2所示，图7A和图7B中所示的电极通过导线36与设在外壳30上的焊盘31接合。焊盘31设在触排32上，并电连接至设在外壳30上或外壳30中的互连件(interconnection)。

例如可以是IC芯片的电子部件33安装在外壳30的安装区域上。在外壳30上设置有用于与电子部件33进行连接的电极34，所述电极通过导线35连接至电子部件33。图2示出了其中电子部件33通过接合线连接至外壳30的示例性布置。可选地，可以通过倒装式接合(flip-chipbonding)而进行与电子部件33的电连接。

在外壳30的前部上设有金属盖(盖部件)60，从而使音叉形振动器10气密密封。盖60具有两级结构。盖60以这样的方式安装在外壳30上，以使得盖60的内部分比接触外壳30的顶部并进入外壳30中的周向端部(外部分)厚。盖60的厚的内部分增加了盖60的重量，从而可使得惯性变大。可以在盖60的周向端部设置有由例如科瓦铁镍钴合金(Kovar)制成的金属重物(weight)61，从而可增加外壳30的重量。金属重物61设置在外壳30的周边部分。增大的惯性使振动更难泄漏到外壳30之外。

如图9所示，容纳有音叉式振动器10的外壳30接合于印刷电路板50。印刷电路板50通过支撑板51以竖直布置被支撑。支撑板51沿垂直于角速度传感器的安装平面的方向支撑印刷电路板。在印刷电路板50的与供安装外壳30的表面相反的表面上安装有电路部件52。如图10A、图10B和图10C所示，外壳30可以按与图9所示的布置不同的方式安装于印刷电路板50。图10A和图10B示出了其中印刷电路板50用作外壳30的盖的布置。即，印刷电路板50附着于外壳30，以使得电子部件33被外壳30覆盖。在图10A中，电子部件33附着于印刷电路板50。在图10B中，电子部件33附着于外壳30。图10C示出了放在外壳30上的盖60。电子部件33没有设置在外壳30中，而是附着于印刷电路板50的与供设置外壳30的表面相反的表面。

图11是这样一种布置的立体图，即，将安装在印刷电路板50上的外壳30安装在通过模制形成的基底70上。印刷电路板50通过引导件(lead)而72支撑在基底70上。在基底70上设置有用于与外部装置进行连接的外部端子71。音叉式振动器10相对于垂直方向倾斜。

本发明不限于具体描述的实施例，而是可以在不背离权利要求所要求的范围的情况下，作出其它实施例、变型和修改。例如，所述音叉式振动器可以具有二至四个臂。

本发明基于2005年9月6日提交的日本专利申请特开第2005-258515号公报，这里通过引用将其全部内容结合于此。

Claims (9)

1、一种角速度传感器，该角速度传感器包括：

感测角速度的振动器；以及

安装有所述振动器的外壳，

所述振动器布置在所述外壳中，以使得所述振动器的宽度方向与所述外壳的长边方向一致。

2、根据权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，所述振动器附着于所述外壳，以使得该振动器相对于垂直方向倾斜。

3、根据权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，所述外壳具有一定位部件，该定位部件将所述振动器定位成这样，即，该振动器在所述外壳中以给定角度倾斜。

4、根据权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，所述外壳具有多个定位部件，这些定位部件将所述振动器定位成这样，即，该振动器在所述外壳中以相应的不同角度倾斜。

5、根据权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，该角速度传感器还包括用于气密密封所述外壳中的所述振动器的盖，该盖的内部分比外部分厚。

6、根据权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，该角度传感器还包括设置于所述外壳的周边部分的重物。

7、根据权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，该角速度传感器还包括：支撑所述外壳的印刷电路板，和沿垂直于所述角速度传感器的安装平面的方向支撑所述印刷电路板的支撑板。

8、根据权利要求7所述的角速度传感器，其特征在于，该角速度传感器还包括安装在所述印刷电路板上的电子部件，其中所述外壳附着于所述印刷电路板以覆盖所述电子部件。

9、根据权利要求7所述的角速度传感器，其特征在于，该角速度传感器还包括安装在所述印刷电路板的第一表面上的电子部件，其中所述外壳附着于所述印刷电路板的与所述第一表面相反的第二表面。

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