DE10108197A1 - Drehratensensor - Google Patents
DrehratensensorInfo
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Abstract
Es wird ein Drehratensensor mit einem ersten und einem zweiten Coriolis-Element (100, 200) vorgeschlagen, die nebeneinander über einer Oberfläche (1) eines Substrats angeordnet sind. Die Coriolis-Elemente (100, 200) werden zu Schwingungen parallel zu einer ersten Achse Y angeregt. Durch eine Coriolis-Kraft werden die Elemente (100, 200) in einer zweiten Achse X, die senkrecht zu der ersten Achse Y ist, ausgelenkt. Die Schwingungen des ersten und zweiten Coriolis-Elementes (100, 200) erfolgen gegenphasig zueinander auf Bahnen, die ohne die Wirkung einer Coriolis-Kraft zwei zueinander parallele Geraden sind.
Description
Die Erfindung geht aus von einem Drehratensensor nach der
Gattung des unabhängigen Patentanspruchs.
Aus der US 5728936 sind bereits Drehratensensoren bekannt,
die denen auf der Oberfläche eines Substrats ein erstes und
ein zweites Coriolis-Element angeordnet sind. Die Coriolis-
Elemente werden zu Schwingungen in einer ersten Achse ange
regt. Die Auslenkungen der Coriolis-Elemente aufgrund einer
Coriolis-Kraft in einer zweiten Achse, die ebenfalls paral
lel zum Substrat ist, werden nachgewiesen.
Der erfindungsgemäße Drehratensensor mit den Merkmalen des
unabhängigen Patentanspruchs hat demgegenüber den Vorteil,
dass die Coriolis-Kräfte und Kräfte, die durch eine Drehbe
schleunigung des Substrats auftreten, unterschiedliche Rich
tungen aufweisen. Der erfindungsgemäße Drehratensensor ist
daher weitgehend unempfindlich gegenüber Drehbeschleunigun
gen.
Weitere Vorteile und Verbesserungen ergeben sich durch die
Maßnahmen der abhängigen Patentansprüche. Wenn sich die
Schwerpunkte der Coriolis-Elemente senkrecht zu einer Ver
bindungsgeraden zwischen den Schwerpunkten bewegen, so lie
gen die Auslenkungen der Coriolis-Elemente aufgrund der
Coriolis-Kraft im zeitlichen Mittel auf ein und derselben
Achse, in der eine Drehbeschleunigung keinerlei Kraftkompo
nente ausübt. Die Anregung der Schwingungen der Coriolis-
Elemente erfolgt besonders einfach durch ein Antriebsele
ment, welches Antriebskräfte durch Federn überträgt. Das
Coriolis-Element kann dabei vollständig an diesem Antrieb
selement aufgehängt werden. Als Anregungsmittel können dabei
elektrostatische Kammantriebe an den Antriebselementen vor
gesehen werden. Ein Nachweis der Coriolis-Kraft kann dadurch
erfolgen, dass das Coriolis-Element bewegliche Elektroden
aufweist, die gegenüber feststehenden Elektroden angeordnet
sind. Es können aber auch Nachweiselemente vorgesehen wer
den, auf die die Coriolis-Kräfte mittels Federn übertragen
werden. Dabei ist es insbesondere möglich, die Nachweisele
mente so an dem Substrat aufzuhängen, dass nur eine Bewegung
in Richtung der Coriolis-Kräfte erfolgt. Störeffekte auf
grund einer Bewegung der beweglichen Elektroden, die nicht
in der Nachweisrichtung sind, werden dadurch unterdrückt. Um
eine gegenphasige Schwingung der Coriolis-Elemente zu ge
währleisten, sollte sich die gegenphasige Schwingung fre
quenzmäßig eindeutig von der gleichphasigen Schwingung un
terscheiden. Dazu können Kopplungsfedern zwischen Antrieb
selementen und/oder Coriolis-Elementen oder zwischen An
triebselementen und Nachweiselementen vorgesehen werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Zeichnungen
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Aufsicht auf einen ersten
erfindungsgemäßen Drehratensensor, Fig. 2 eine Detailan
sicht des Drehratensensors nach Fig. 1, Fig. 3 einen Quer
schnitt durch die Fig. 2 und die Fig. 4 bis 7 weitere
Ausführungsbeispiele von Drehratensensoren in einer Auf
sicht.
In den Fig. 1-3 wird ein erstes Ausführungsbeispiel der
Erfindung erläutert. In Fig. 1 wird dabei eine Aufsicht auf
den gesamten Drehratensensor, in der Fig. 2 eine Detailan
sicht eines Teils des Drehratensensors und in der Fig. 3
wird eine Seitenansicht eines Querschnitts durch die Fig. 2
gezeigt.
In Fig. 1 wird eine Aufsicht auf eine in der Fig. 1 nicht
näher dargestelltes Substrat 1 gezeigt, in dem ein erstes
Coriolis-Element 100 und ein zweites Coriolis-Element 200
angeordnet sind. Das erste und das zweite Coriolis-Element
100, 200 sind als rechteckige, rahmenförmige Strukturen
ausgebildet. Die rahmenförmigen Coriolis-Elemente 100 und
200 umgeben Detektionsmittel 101, 201, die in der Fig. 1
vereinfacht als Gitterlinien dargestellt sind. Die Detekti
onsmittel werden in der Detailansicht der Fig. 2 darge
stellt und weiter unten näher erläutert. Die rahmenförmigen
Coriolis-Elemente 100, 200 sind von ebenfalls rechteckigen,
rahmenförmigen Antriebselementen 102, 202 umgeben. Die Ver
bindung zwischen den Antriebselementen 102, 202 und den
Coriolis-Elementen wird durch Biegefedern 103, 203 herge
stellt. Die Biegefedern sind dabei so ausgebildet, dass sie
in X-Richtung weich ausgebildet sind und in Y-Richtung steif
ausgebildet sind. An den Antriebselementen 102, 202 sind
bewegliche Elektroden 104, 204 befestigt, die kammartig in
feststehende Elektroden 105, 205 greifen. Die feststehenden
Elektroden 105, 205 sind durch Lagerblöcke 106, 206 fest mit
dem Substrat 1 verbunden. Weiterhin sind die Antriebselemen
te 102, 202 mittels Federn 107, 207 mit weiteren Lagerblöc
ken 106, 206 verbunden, die ebenfalls fest mit dem Substrat
1 verbunden sind.
Der Drehratensensor ist somit nur über die Lagerblöcke 106,
206 mit dem Substrat 1 verbunden. Sowohl die Coriolis-
Elemente 100, 200 wie auch die Antriebselemente 102, 202
können somit der relativ zum Substrat 1 beliebig bewegt
werden. Die Bewegung dieser Elemente wird nur durch die
Federelemente 103, 203 und 107, 207 bestimmt.
Die Federn 107, 207 sind so ausgelegt, dass sie in Y-
Richtung weich und in X-Richtung steif ausgebildet sind. Die
Antriebselemente 102, 202 können sich somit im Wesentlichen
nur entlang von Bahnen bewegen, die parallel zur Y-Richtung
sind. Die Coriolis-Elemente 100, 200 sind über die Federn
103, 203 mit den Antriebselementen 102, 202 verbunden. Die
Coriolis-Elemente 100, 200 können sich somit relativ zu den
Antriebselementen 102, 202 im Wesentlichen nur in X-Richtung
bewegen. Bei einer Bewegung der Antriebselemente 102, 202 in
einer Richtung, die parallel zur Y-Richtung ist, werden
natürlich auch die Coriolis-Elemente 100, 200 in diesen
Richtungen bewegt. Relativ zum Substrat 1 sind somit die
Coriolis-Elemente 100, 200 sowohl in einer Richtung parallel
zur Y-Richtung wie auch in X-Richtung beweglich.
Für die Beschreibung der Funktion des Sensors ist noch von
jedem der Coriolis-Elemente 100, 200 ein Schwerpunkt 110,
210 angegeben. Die Schwerpunkte liegen jeweils im Mittel
punkt der rahmenförmigen Coriolis-Elemente 100, 200.
Durch Anlegen von elektrischen Spannungen zwischen den be
weglichen Elektroden 104, 204 und den feststehenden Elektro
den 105, 205 werden die Antriebselemente 102, 202 zu Schwingungen
angeregt. Entsprechend werden auch die Coriolis-
Elemente 100, 200 zu Schwingungen angeregt. Der Schwerpunkt
110, 210 der Coriolis-Elemente 100, 200 bewegt sich dann
jeweils auf einer Achse, die parallel zur Y-Achse ist. Die
Bewegungen der beiden Coriolis-Elemente 100, 200 erfolgen
somit in Achsen, die parallel zueinander ausgebildet sind.
Die Schwerpunkte bewegen sich dabei ohne die Einwirkung
einer Corioliskraft (d. h. ohne eine Drehbewegung des Sub
strats um eine Achse die senkrecht auf dem Substrat 1 steht)
auf Geraden die zueinander parallel sind. Wenn es dabei zu
einer Drehung des Substrats 1 um die Z-Achse kommt, d. h. um
die Achse, die senkrecht auf dem Substrat 1 steht, so wirken
auf jedes der Coriolis-Elemente 100, 200 Coriolis-Kräfte,
die senkrecht zu der Drehachse und senkrecht zu der Bewe
gungsachse sind. Diese Kräfte wirken dann in X-Richtung.
Die beweglichen Elektroden 104, 204, zusammen mit den fest
stehenden Elektroden 105, 205 und den Antriebselementen 102,
202 bilden somit Anregungsmittel, durch die die Coriolis-
Elemente 100, 200 zu Schwingungen angeregt werden, bei denen
die Schwingungsachsen der Schwerpunkte 110, 210 zueinander
parallel ausgerichtet sind. Diese Achsen sind dabei in einem
gewissen Abstand zueinander angeordnet, der mindestens die
laterale Ausdehnung eines der Coriolis-Elemente 100, 200 in
der X-Richtung beträgt.
Die beiden Antriebselemente 102, 202 sind mittels einer
Koppelfeder 51 verbunden. Durch diese Koppelfeder wird eine
frequenzmäßige Trennung von Schwingungsmoden der Antrieb
selemente 102, 202 in Y-Richtung erreicht. Für eine gleich
phasige Schwingung sind nämlich die Federsteifigkeiten der
Federn 107, 207 in Y-Richtung zu berücksichtigen. Für eine
gegenphasige Schwingung ist neben den Federsteifigkeiten der
Federn 107, 207 auch noch die Federsteifigkeit der Koppelfe
der 51 in Y-Richtung zu berücksichtigen. Die Eigenfrequenzen
der gleichphasigen Schwingung unterscheidet sich somit von
der Frequenz der gegenphasigen Schwingung, was eine gezielte
Anregung der unterschiedlichen Schwingungsmoden erleichtert.
Gewünscht ist hier insbesondere eine Anregung der Gegenpha
se-Schwingungsmoden, d. h., wenn sich die linke Seite des
Drehratensensors nach unten bewegt, soll sich die rechte
Seite nach oben bewegen und umgekehrt. Bei einer derartigen
gegenphasigen Schwingung der beiden Hälften des Drehraten
sensors werden entsprechend auch gegenphasige Bewegungen der
Coriolis-Elemente 100, 200 in X-Richtung bewirkt. Die Corio
lis-Elemente 100, 200 bewegen sich somit bei einer Drehung
entweder aufeinander zu oder entfernen sich voneinander.
D. h. auch diese Elemente führen eine gegenphasige Schwingung
aus.
Vorteilhaft ist dabei, dass bezogen auf die Ruhelage der
Coriolis-Elemente 100, 200 die Bewegung in X-Richtung auf
einer gemeinsamen Achse erfolgt. Der Vorteil dieses Prinzips
ist, dass eine Drehbeschleunigung um die Z-Achse herum kei
nen unmittelbaren Einfluß auf die Bewegung der Coriolis-
Elemente 100, 200 ausüben kann, da diese von einer Drehbe
schleunigung um die Z-Achse herum nicht ausgelenkt werden.
Der Drehratensensor ist daher besonders unempfindlich gegen
über Drehbeschleunigungen um die Z-Achse.
In der Fig. 2 wird eine vergrößerte Detailansicht der Aus
wertemittel 101 des Coriolis-Elements 100 der Fig. 1 ge
zeigt. Das rahmenförmige Coriolis-Element 100 umgibt die
Auswertemittel 101. Diese sind als gitterförmige Elektroden
121 ausgebildet, wobei eine Vielzahl von gitterförmigen
Elektroden 121 innerhalb der rahmenförmigen Struktur des
Coriolis-Elements 100 vorgesehen ist. Zur Stabilisierung
sind diese gitterförmigen Elektroden 121 noch mit einem
Mittelbalken 130 miteinander verbunden. Jede der Elektroden
121 bewegt sich zusammen mit dem Coriolis-Element 100. Die
Elektroden 121 sind zwischen feststehenden Elektroden 122,
123 angeordnet, die durch Lager 106 auf dem Substrat 1 befe
stigt sind. Die Elektroden 112, 123 sind somit als festste
hende Elektroden ausgebildet, die sich relativ zum Substrat
nicht bewegen.
In der Fig. 3 wird ein Querschnitt entlang der Linie III-
III der Fig. 2 gezeigt. Fig. 3 zeigt im Querschnitt das
Substrat 1 und eine auf der Oberfläche des Substrats ange
ordnete Leiterbahn 130. Auf dieser Leiterbahn 130 sind die
Verankerungen 106 befestigt und somit fest mit dem Substrat
1 verbunden. Die Lager 106 und auch die daran befestigten
Elektroden sind elektrisch leitend und werden durch die
Leiterbahn 130 parallel geschaltet. Jede der beweglichen
Elektroden 121 ist zwischen einer feststehenden Elektrode
122 und einer feststehenden Elektrode 123 angeordnet. Es
werden so zwei Kondensatoren gebildet, zum einen zwischen
der beweglichen Elektrode 121 und den Elektroden 122 und zum
anderen zwischen der beweglichen Elektrode 121 und der fest
stehenden Elektroden 123. Diese beiden Kapazitäten sind als
Differentialkapazitäten ausgebildet, d. h. bei einer Zunahme
der einen Kapazität verringert sich die andere Kapazität
entsprechend. Durch die seitliche Versetzung der Lagerblöcke
106 der beiden Elektrodengruppen 122, 123 lassen sich durch
entsprechende Leiterbahnen 130 jeweils die entsprechenden
Kapazitäten miteinander parallel schalten.
In der Fig. 3 ist im Querschnitt sehr gut zu erkennen, dass
das Coriolis-Element 100 über dem Substrat 1 angeordnet ist
und dass auch die mit dem Coriolis-Element 100 verbundenen
Elektroden 121 über dem Substrat 1 angeordnet sind. Im Quer
schnitt wird der Schnitt durch die Lagerblöcke 106 der Elek
troden 122 gezeigt, die durch die Lagerblöcke 106 auf der
Leiterbahn 130 angeordnet sind und so fest mit dem Substrat
1 verbunden sind. Die Elektroden 123 werden im Querschnitt
der Fig. 3 ebenfalls über dem Substrat gezeigt. Sie sind
jedoch an einer anderen Stelle mit dem Substrat 1 über eine
entsprechende Leiterbahn 130 für diese Elektroden fest mit
dem Substrat 1 verbunden.
Für das Substrat 1 und die über dem Substrat angeordneten
Elemente wie Corioliselemente 100, 200, Antriebselemente
102, 202, die Federn und Elektroden wird als Material vor
zugsweise Silizium verwendet, welches durch entsprechende
Dotierungen leitend ausgebildet ist. Das Substrat kann durch
isolierende Schichten dort wo es erforderlich ist, elek
trisch isoliert werden. Es können aber auch andere Materia
lien wie Keramik, Glas oder Metalle für die Senoren verwen
det werden.
Wesentlich an den Drehratensensoren nach Fig. 1 ist, dass
bezogen auf die Ruhelage der Schwerpunkte 110, 210 der Co
riolis-Elemente 100,200 die Bewegung der Coriolis-Elemente
in X-Richtung entlang der Verbindungsachse der Schwerpunkte
110, 210 erfolgt und sich infolgedessen die Coriolis-
Elemente bei einer gegenphasigen Anregung der Schwingungen
der Coriolis-Elemente in X-Richtung auf einer gemeinsamen
Achse aufeinander zu bewegen oder voneinander entfernen. Es
kann so der störende Einfluß von Drehbeschleunigungen um die
Z-Achse bereits durch das mechanische Design des Drehraten
sensors unterdrückt werden.
In der Fig. 4 wird die Aufsicht auf ein weiteres Ausfüh
rungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drehratensensors ge
zeigt. In der Fig. 4 wird eine Aufsicht auf ein Substrat 1
gezeigt, auf dem wie in der Fig. 1 Coriolis-Elemente 100,
200 angeordnet sind, die von Antriebselementen 102, 202
umgeben sind. Coriolis-Elemente 100, 200 und Antriebselemen
te 102, 202 sind wieder mit Federn 103, 203 verbunden. Die
Antriebselemente 102, 202 sind mittels Federn 107, 207 mit
Lagerblöcken 106, 206 verbunden. Weiterhin sind bewegliche
Elektroden 104, 204, feststehende Elektroden 105, 205 und
Lagerblöcke 106 für die feststehenden Elektroden 105, 205
vorgesehen. Die beiden Antriebselemente 102, 202 sind mit
tels einer Koppelfeder 51 verbunden. Alle diese Elemente
entsprechen den Elementen wie sie bereits in Fig. 1 be
schrieben wurden und üben die gleiche Funktion aus.
Im Unterschied zu Fig. 1 sind jedoch für den Nachweis der
Auslenkung der Coriolis-Elemente 100, 200 jeweils ein rah
menförmiges Nachweiselement 140, 240 im Inneren der rahmen
förmigen Coriolis-Elemente 100, 200 vorgesehen. Die Nachwei
selemente 140, 240 sind ebenfalls als rechteckige Rahmen
strukturen ausgeführt, die mittels Federelementen 141, 241
mit Lagerblöcken 106, 206 mit dem Substrat 1 verbunden sind.
Die Federelemente 141, 241 sind weich in X-Richtung und
steif in Y-Richtung und erlauben somit im wesentlichen nur,
dass die Nachweisrahmen 140, 240 in X-Richtung auslenkbar
sind. Die Nachweisrahmen 140, 240 sind durch Federelemente
142, 242 mit den entsprechenden Coriolis-Elementen 100, 200
verbunden. Die Federelemente 142, 242 sind in Y-Richtung
weich und in X-Richtung steif ausgelegt und übertragen somit
besonders gut die Coriolis-Kräfte in X-Richtung. Im Inneren
der Nachweisrahmen 140, 240 sind wieder gitterförmige Nach
weiselektroden 143, 243 angeordnet, die in der Fig. 4 nur
angedeutet werden. Eine Detailansicht dieser Elemente ent
spricht wieder den Fig. 2 und 3.
Der Vorteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, dass die
gitterförmigen Elektroden 143, 243 nur in X-Richtung beweg
lich sind und somit keine Querbewegung relativ zu den fest
stehenden Elektroden erfolgt. In der Fig. 1 bzw. in der
Detailansicht nach Fig. 2 sind die beweglichen Elektroden
121 unmittelbar mit dem Coriolis-Elemente 100 verbunden, so
dass diese beweglichen Elektroden sowohl eine Bewegung in X-
Richtung wie auch in Y-Richtung ausführen. Die Bewegung in
X-Richtung ist notwendig für die Messung der Auslenkung des
Coriolis-Elements 100 in X-Richtung. Die Bewegung in Y-
Richtung ist jedoch für die Messung nicht erwünscht und kann
eine mögliche Quelle von Fehlern sein. In der Fig. 4 sind
jedoch die Nachweisrahmen 140, 240 und ihre Verankerungen
über die Federn 141, 241 an das Substrat 1 so ausgeführt,
dass die beweglichen Elektroden 143, 243 nur eine Bewegung
in X-Richtung ausführen. Es wird somit eine mögliche Ursache
für Störungen des Mess-Signals beseitigt.
In der Fig. 5 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel ge
zeigt. Die Elemente 100, 200, 103, 203, 104, 204, 105, 205,
106, 206, 107, 207 entsprechen den aus der Fig. 1 bekannten
Elementen und dienen auch den gleichen Funktionen. Im Unter
schied zu Fig. 1 sind jedoch die rahmenförmigen Antrieb
selemente 102, 202 nicht als vollständige Rahmen, sondern
als offene Rahmen ausgeführt. Dadurch ist es möglich, eine
direkte Kopplung der beiden Coriolis-Elemente 100, 200 mit
tels einer Koppelfeder 52 herzustellen. Durch diese Koppel
feder 52 erfolgt nun eine direkte Kopplung der Schwingungen
der Coriolis-Elemente 100, 200. Bei einer gleichphasigen
Schwingung der beiden Coriolis-Elemente 100, 200 wird die
Feder 52 nicht verformt, so dass die Federkonstante der
Feder 52 für diesen Schwingungsmodus nicht zu berücksichti
gen ist. Bei einer gegenphasigen Schwingung der Coriolis-
Elemente 100, 200 ist jedoch die Federkonstante der Feder 52
zu berücksichtigen, da diese Feder bei dieser Art der
Schwingung verformt wird. Die Eigenfrequenzen der gleichpha
sigen und gegenphasigen Schwingungen der Coriolis-Elemente
100, 200 unterscheiden sich somit in der Frequenz, wodurch
eine gezielte Anregung der Schwingungsmoden insbesondere der
gegenphasigen Schwingungsmoden, erfolgen kann. Dies erfolgt
dadurch, dass entsprechende Anregungsfrequenzen für die
elektrischen Signale an den feststehenden und beweglichen
Elektroden 104, 204, 105, 205 gewählt werden. Eine direkte
Kopplung der Antriebselemente 102, 202 wie es in der Fig. 1
gezeigt wurde, kann in diesem Fall entfallen. Aufgrund der
Ausführung der Koppelfeder 52 wird zusätzlich eine frequenz
mäßige Trennung von Schwingungsmoden der Antriebselemente
102, 202 in Y-Richtung erreicht. Für eine gleichphasige
Schwingung sind nämlich die Federsteifigkeiten der Federn
107, 207 in Y-Richtung zu berücksichtigen. Für eine gegen
phasige Schwingung ist neben den Federsteifigkeiten der
Federn 107, 207 auch noch die Federsteifigkeit der Koppelfe
der 52 in Y-Richtung zu berücksichtigen. Die Eigenfrequenz
der gleichphasigen Schwingung unterscheidet sich somit von
der Frequenz der gegenphasigen Schwingung, was eine gezielte
Anregung der unterschiedlichen Schwingungsmoden erleichtert.
Gewünscht ist auch hier insbesondere eine gezielte Anregung
der Gegenphase-Schwingungsmode.
In der Fig. 6 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel ge
zeigt, welches im Wesentlichen der Fig. 4 entspricht. Die
Bezugszahlen bezeichnen auch die gleichen Gegenstände mit
den gleichen Funktionen wie in der Fig. 4. Im Unterschied
zur Fig. 4 sind jedoch die Antriebselemente 102, 202 nicht
als geschlossene Rahmen ausgeführt, sondern als Rahmen, die
auf den einander zugewandten Seiten nicht geschlossen sind.
Diese ermöglicht dann die Anordnung einer Koppelfeder 53
zwischen den Coriolis-Elementen 100, 200. Die Koppelfeder 53
ist dabei so ausgelegt, dass sie sowohl in Y-Richtung wie
auch in X-Richtung weich ist. Die Feder 53 bewirkt somit
eine Kopplung der Schwingungen der Coriolis-Elemente 100,
200 sowohl in Y- als auch in X-Richtung derart, dass sich
die gegenphasigen und gleichphasigen Schwingungsmoden in Y-
und in X-Richtung jeweils voneinander unterscheiden. Es
können somit gezielt die gegenphasigen Schwingungsmoden
angelegt werden.
In der Fig. 7 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung gezeigt, welches im Wesentlichen dem Ausführungs
beispiel in der Fig. 4 entspricht. Die Bezugszahlen be
zeichnen wieder die gleichen Gegenstände mit den gleichen
Funktionen wie in der Fig. 4. Im Unterschied zu Fig. 4
sind hier jedoch sowohl die Antriebselemente 102, 202 wie
auch die Coriolis-Elemente 100, 200 nicht als geschlossene
Rahmen, sondern als geöffnete Rahmen ausgeführt, die auf den
einander zuweisenden Seiten geöffnet sind. Durch diese Maß
nahme ergibt sich die Möglichkeit, die Auswertemittel 143,
243 insbesondere die Nachweisrahmen 140, 240 durch eine
Koppelfeder 55 miteinander zu verkoppeln. Weiterhin werden
die Antriebselemente 102, 202 durch eine Koppelfeder 54
miteinander gekoppelt. Durch die Koppelfeder 55 wird in X-
Richtung eine Kopplung der Auswertemittel 143, 243 bzw. der
Nachweisrahmen 140, 240 dergestalt erreicht, dass sich die
Eigenfrequenzen der gleichphasigen bzw. gegenphasigen
Schwingungen in X-Richtung voneinander unterscheiden. Durch
die Kopplung der Antriebselemente 102, 202 wird erreicht,
dass sich die Eigenfrequenzen der gleichphasigen und gegen
phasigen Schwingungen in Y-Richtung frequenzmäßig voneinan
der unterscheiden. Durch die Wahl der richtigen Anregungs
frequenzen kann also sichergestellt werden, dass die Elemen
te der rechten und linken Seite jeweils gegenseitig zueinan
der schwingen, d. h., dass die Antriebselemente 102, 202 und
auch die Detektionselemente 140, 240 jeweils gegenphasig
zueinander schwingen.
Claims (12)
1. Drehratensensoren mit einem ersten Coriolis-Element
(100) und einem zweiten Coriolis-Element (200), die ne
beneinander über einer Oberfläche eines Substrats (1)
angeordnet sind, wobei Anregungsmittel (104, 105, 204,
205) vorgesehen sind, durch die die Coriolis-Elemente
(100, 200) zu Schwingungen parallel zu einer ersten
Achse (Y) anregbar sind, wobei Detektionsmittel (101,
201) vorgesehen sind, durch die eine Auslenkung der Co
riolis-Elemente (100, 200) aufgrund einer Coriolis-
Kraft in einer zweiten Achse (X), die senkrecht zu der
ersten Achse ist, nachweisbar sind, wobei die erste und
zweite Achse (X, Y) parallel zur Oberfläche des Sub
strats (1) sind, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schwingungen des ersten und zweiten Coriolis-Elements
(100, 200) gegenphasig zueinander auf Bahnen erfolgen,
die ohne die Wirkung einer Coriolis-Kraft zwei zueinan
der parallele Geraden sind.
2. Drehratensensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, dass die Coriolis-Elemente (100, 200) jeweils ei
nen Schwerpunkt (110, 210) aufweisen und dass die pa
rallelen Geraden senkrecht zu einer Geraden sind, die
durch die beiden Schwerpunkte (110, 210) führt.
3. Drehratensensor nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, dass für das erste und
zweite Coriolis-Element (100, 200) jeweils ein Antrieb
selement (102, 202) vorgesehen ist, welches mittels Fe
dern mit dem jeweiligen Coriolis-Element (100, 200)
verbunden ist, wobei die Federn (103, 203) in der er
sten Achse Y steif und in der zweiten Achse X weich
ausgebildet sind.
4. Drehratensensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, dass die Antriebselemente mit Federn (107, 207)
mit dem Substrat (1) verbunden sind, die in der ersten
Achse Y weich und in der zweiten Achse X steif ausge
bildet sind und dass die Anregungsmittel (104, 204) mit
den Antriebselementen (102, 202) verbunden sind.
5. Drehratensensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich
net, dass die Anregungsmittel als elektrostatische Kam
mantriebe (104, 204, 105, 205) ausgebildet sind.
6. Drehratensensor nach einem der vorhergenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass als Detektionsmittel be
wegliche Elektroden (121) mit den Coriolis-Elementen
(100, 200) verbunden sind, die gegenüber feststehenden
Elektroden (122, 123) gegenüberliegend angeordnet sind,
die mit dem Substrat (1) verbunden sind.
7. Drehratensensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, dass für die Detektionsmittel er
ste und zweite Nachweiselemente (140, 240) vorgesehen
sind, die mit Federn (142, 242) mit den Coriolis-
Elementen (100, 200) verbunden sind, wobei die Federn
in der ersten Achse Y weich und in der zweiten Achse X
steif ausgebildet sind.
8. Drehratensensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich
net, dass die Nachweiselemente (140, 240) bewegliche
Elektroden (121) aufweisen, die feststehenden Elektro
den (122, 123) gegenüberliegend angeordnet sind, die
mit dem Substrat (1) verbunden sind.
9. Drehratensensor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Nachweiselemente (140, 240) mit Fe
dern (140, 141, 241) mit dem Substrat (1) verbunden
sind, die in der ersten Richtung Y steif und in der
zweiten Richtung X weich ausgebildet sind.
10. Drehratensensor nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, dass er die Antriebselemente durch eine Kop
pelfeder (51) miteinander verbunden sind.
11. Drehratensensor nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, dass die Coriolis-Elemente
(100, 200) durch Koppelfedern (52) miteinander verbun
den sind.
12. Drehratensensor nach Anspruch 7 bis 9, soweit sie sich
auf die Ansprüche 3 bis 5 beziehen, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Antriebselemente mit Koppelfedern
(54) und die Nachweiselemente mit Koppelfedern (55)
miteinander verbunden sind.
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