DE102015213469A1

DE102015213469A1 - Drehratensensor mit mehrfacher Auswertung über Betrieb bei mehreren Frequenzen

Info

Publication number: DE102015213469A1
Application number: DE102015213469.5A
Authority: DE
Inventors: Burkhard Kuhlmann; Thorsten BALSLINK
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-07-17
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2017-01-19
Also published as: WO2017012745A1; CN107850431B; US10648810B2; TWI702374B; CN107850431A; US20180195863A1; TW201706567A

Abstract

Es wird ein Drehratensensor mit einem Substrat mit einer Haupterstreckungsebene und mit mindestens einer gegenüber dem Substrat beweglichen ersten Struktur und mit mindestens einer gegenüber dem Substrat und gegenüber der ersten Struktur beweglichen zweiten Struktur und mit mindestens einer gegenüber dem Substrat und gegenüber der ersten Struktur und gegenüber der zweiten Struktur beweglichen dritten Struktur und mit mindestens einer gegenüber dem Substrat und gegenüber der ersten Struktur und gegenüber der zweiten Struktur und gegenüber der dritten Struktur beweglichen vierten Struktur vorgeschlagen, wobei der Drehratensensor eine Antriebseinrichtung zur Auslenkung der ersten Struktur aus einer Ruhelage der ersten Struktur im Wesentlichen parallel zu einer Antriebsrichtung und zur Auslenkung der zweiten Struktur aus einer Ruhelage der zweiten Struktur im Wesentlichen parallel zu der Antriebsrichtung und zur Auslenkung der dritten Struktur aus einer Ruhelage der dritten Struktur im Wesentlichen parallel zu der Antriebsrichtung und zur Auslenkung der vierten Struktur aus einer Ruhelage der vierten Struktur im Wesentlichen parallel zu der Antriebsrichtung derart umfasst, dass die erste Struktur und die vierte Struktur zu einer zueinander im Wesentlichen gleichphasigen Schwingung und zu der zweiten Struktur und zu der dritten Struktur zu einer im Wesentlichen gegenphasigen Schwingung bei einer ersten Frequenz anregbar sind, wobei die erste Struktur und die zweite Struktur zu einer zueinander im Wesentlichen gleichphasigen Schwingung und zu der dritten Struktur und zu der vierten Struktur zu einer im Wesentlichen gegenphasigen Schwingung bei einer zweiten Frequenz anregbar sind.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Drehratensensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Drehratensensoren sind allgemein bekannt. Beispielsweise umfasst ein derartiger Drehratensensor eine Antriebseinrichtung zur Auslenkung der ersten Struktur aus einer Ruhelage der ersten Struktur im Wesentlichen parallel zu einer Antriebsrichtung und zur Auslenkung der zweiten Struktur aus einer Ruhelage der zweiten Struktur im Wesentlichen parallel zu der Antriebsrichtung und zur Auslenkung der dritten Struktur aus einer Ruhelage der dritten Struktur im Wesentlichen parallel zu der Antriebsrichtung und zur Auslenkung der vierten Struktur aus einer Ruhelage der vierten Struktur im Wesentlichen parallel zu der Antriebsrichtung derart, dass die erste Struktur und die vierte Struktur zu einer zueinander im Wesentlichen gleichphasigen Schwingung und zu der zweiten Struktur und zu der dritten Struktur zu einer im Wesentlichen gegenphasigen Schwingung bei einer ersten Frequenz anregbar sind.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Drehratensensor und das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Drehratensensors gemäß den nebengeordneten Ansprüchen hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass der Drehratensensor eine gegenüber dem Stand der Technik erhöhte Sicherheit in der Detektion von Drehraten um eine Drehachse oder um mehrere gegeneinander senkrecht verlaufende Drehachsen auf einfache, mechanisch robuste und kostengünstige Weise bereit stellt. Dies wird dadurch erreicht, dass im Gegensatz zum Stand der Technik die erste Struktur und die zweite Struktur zu einer zueinander im Wesentlichen gleichphasigen Schwingung und zu der dritten Struktur und zu der vierten Struktur zu einer im Wesentlichen gegenphasigen Schwingung bei einer zweiten Frequenz anregbar sind. Insbesondere sind die erste Struktur, die zweite Struktur, die dritte Struktur und die vierte Struktur des erfindungsgemäßen Drehratensensors gleichzeitig bei der ersten Frequenz und bei der zweiten Frequenz anregbar. Hierdurch wird eine erhöhte Sicherheit in der Detektion von Drehraten um eine Drehachse oder um mehrere gegeneinander senkrecht verlaufende Drehachsen durch Plausibilisierung der ermittelten Drehraten ermöglicht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Drehratensensor eine erste Detektionseinheit zum Detektieren einer ersten Kraftwirkung auf die erste Struktur entlang einer Richtung im Wesentlichen parallel zu einer ersten Achse im Wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsebene, eine zweite Detektionseinheit zum Detektieren einer zweiten Kraftwirkung auf die zweite Struktur entlang einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der ersten Achse, eine dritte Detektionseinheit zum Detektieren einer dritten Kraftwirkung auf die dritte Struktur entlang einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der ersten Achse und eine vierte Detektionseinheit zum Detektieren einer vierten Kraftwirkung auf die vierte Struktur entlang einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der ersten Achse umfasst, wobei die erste Kraftwirkung, die zweite Kraftwirkung, die dritte Kraftwirkung und die vierte Kraftwirkung aufgrund einer Drehrate des Drehratensensors um eine Achse im Wesentlichen parallel zu einer zweiten Achse im Wesentlichen parallel zu der Haupterstreckungsebene und im Wesentlichen senkrecht zu der Antriebsrichtung bewirkt werden. Hierdurch wird auf vorteilhafte Weise ermöglicht, dass eine Drehrate um eine Achse im Wesentlichen parallel zu der zweiten Achse detektierbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Detektionseinheit mindestens eine erste Elektrode zum Detektieren der ersten Kraftwirkung auf die erste Struktur, die zweite Detektionseinheit mindestens eine zweite Elektrode zum Detektieren der zweiten Kraftwirkung auf die zweite Struktur, die dritte Detektionseinheit mindestens eine dritte Elektrode zum Detektieren der dritten Kraftwirkung auf die dritte Struktur und die vierte Detektionseinheit mindestens eine vierte Elektrode zum Detektieren der vierten Kraftwirkung auf die vierte Struktur umfassen, wobei die erste Elektrode, die zweite Elektrode, die dritte Elektrode und die vierte Elektrode im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet sind, wobei sich die erste Elektrode, die zweite Elektrode, die dritte Elektrode und die vierte Elektrode im Wesentlichen parallel zu der Haupterstreckungsebene erstrecken und zumindest teilweise zwischen dem Substrat und der jeweiligen Struktur angeordnet sind. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass die erste Kraftwirkung, die zweite Kraftwirkung, die dritte Kraftwirkung und die vierte Kraftwirkung kapazitiv detektierbar sind.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Drehratensensor eine weitere erste Detektionseinheit zum Detektieren einer weiteren ersten Kraftwirkung auf die erste Struktur entlang einer Richtung im Wesentlichen parallel zu einer zweiten Achse im Wesentlichen parallel zu der Haupterstreckungsebenen und im Wesentlichen senkrecht zu der Antriebsrichtung, eine weitere zweite Detektionseinheit zum Detektieren einer weiteren zweiten Kraftwirkung auf die zweite Struktur entlang einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der zweiten Achse, eine weitere dritte Detektionseinheit zum Detektieren einer weiteren dritten Kraftwirkung auf die dritte Struktur entlang einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der zweiten Achse und eine weitere vierte Detektionseinheit zum Detektieren einer weiteren vierten Kraftwirkung auf die vierte Struktur entlang einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der zweiten Achse umfasst, wobei die weitere erste Kraftwirkung, die weitere zweite Kraftwirkung, die weitere dritte Kraftwirkung und die weitere vierte Kraftwirkung aufgrund einer Drehrate des Drehratensensors um eine Achse im Wesentlichen parallel zu einer ersten Achse im Wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsebene bewirkt werden. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass eine Drehrate um eine Achse im Wesentlichen parallel zu der ersten Achse detektierbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die weitere erste Detektionseinheit mindestens eine weitere erste Elektrode zum Detektieren der weiteren ersten Kraftwirkung auf die erste Struktur, die weitere zweite Detektionseinheit mindestens eine weitere zweite Elektrode zum Detektieren der weiteren zweiten Kraftwirkung auf die zweite Struktur, die weitere dritte Detektionseinheit mindestens eine weitere dritte Elektrode zum Detektieren der weiteren dritten Kraftwirkung auf die dritte Struktur und die weitere vierte Detektionseinheit mindestens eine weitere vierte Elektrode zum Detektieren der weiteren vierten Kraftwirkung auf die vierte Struktur umfassen, wobei die weitere erste Elektrode, die weitere zweite Elektrode, die weitere dritte Elektrode und die weitere vierte Elektrode im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet sind, wobei sich die weitere erste Elektrode, die weitere zweite Elektrode, die weitere dritte Elektrode und die weitere vierte Elektrode im Wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsebene erstrecken und zumindest teilweise in jeweils mindestens einer Ausnehmung der jeweiligen Struktur angeordnet sind. In vorteilhafter Weise wird somit eine kapazitive Detektion der weiteren ersten Kraftwirkung, der weiteren zweiten Kraftwirkung, der weiteren dritten Kraftwirkung und der weiteren vierten Kraftwirkung ermöglicht.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Drehratensenor ein erstes Koppelmittel zum koppeln der ersten Struktur mit der zweiten Struktur derart umfasst, dass die erste Struktur und die zweite Struktur in eine im Wesentlichen gleichphasige Schwingung und in eine im Wesentlichen gegenphasige Schwingung versetzbar sind, wobei der Drehratensensor ein zweites Koppelmittel zum koppeln der ersten Struktur mit der dritten Struktur derart umfasst, dass die erste Struktur und die dritte Struktur in eine im Wesentlichen gegenphasige Schwingung versetzbar sind, wobei der Drehratensensor ein drittes Koppelmittel zum koppeln der zweiten Struktur mit der vierten Struktur derart umfasst, dass die zweite Struktur und die vierte Struktur in eine im Wesentlichen gegenphasige Schwingung versetzbar sind, wobei der Drehratensensor ein viertes Koppelmittel zum koppeln der dritten Struktur mit der vierten Struktur derart umfasst, dass die dritte Struktur und die vierte Struktur in eine im Wesentlichen gleichphasige Schwingung und in eine im Wesentlichen gegenphasige Schwingung versetzbar sind. Hierdurch wird auf vorteilhafte Weise ein Drehratensensor bereitgestellt, welcher eine erhöhte Sicherheit in der Detektion von Drehraten um eine Drehachse oder um mehrere gegeneinander senkrecht verlaufende Drehachsen durch Plausibilisierung der ermittelten Drehraten ermöglicht.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines Drehratensensors, wobei in einem ersten Verfahrensschritt die erste Struktur, die zweite Struktur, die dritte Struktur und die vierte Struktur im Wesentlichen parallel zu der Antriebsrichtung mithilfe eines Antriebssignals derart ausgelenkt werden, dass die erste Struktur und die vierte Struktur zu einer zueinander im Wesentlichen gleichphasigen Schwingung und zu der zweiten Struktur und zu der dritten Struktur zu einer im Wesentlichen gegenphasigen Schwingung bei einer ersten Frequenz angeregt werden, wobei die erste Struktur und die zweite Struktur zu einer zueinander im Wesentlichen gleichphasigen Schwingung und zu der dritten Struktur und zu der vierten Struktur zu einer im Wesentlichen gegenphasigen Schwingung bei einer zweiten Frequenz angeregt werden. Auf vorteilhafte Weise wird somit eine Detektion von der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz zuordenbaren Auslenkungen der Strukturen ermöglicht. Hierdurch wird eine erhöhte Sicherheit in der Detektion von Drehraten um eine Drehachse oder um mehrere gegeneinander senkrecht verlaufende Drehachsen durch Plausibilisierung der ermittelten Drehraten ermöglicht.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem zweiten Verfahrensschritt mithilfe der ersten Detektionseinheit, der zweiten Detektionseinheit, der dritten Detektionseinheit und der vierten Detektionseinheit und/oder mithilfe der weiteren ersten Detektionseinheit, der weiteren zweiten Detektionseinheit, der weiteren dritten Detektionseinheit und der weiteren vierten Detektionseinheit mindestens ein Detektionssignal ermittelt wird. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass das Detektionssignal für weitere Verfahrensschritte bereitgestellt wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem dritten Verfahrensschritt das mindestens eine Detektionssignal mithilfe von Synchrondemodulation mit der ersten Frequenz und mit der zweiten Frequenz aufbereitet wird. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass mithilfe des aufbereiteten Detektionssignals mindestens eine der ersten Frequenz zuordenbare und mindestens eine der zweiten Frequenz zuordenbare Drehrate ermittelbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem vierten Verfahrensschritt aus dem aufbereiteten mindestens einen Detektionssignal eine der ersten Frequenz zuordenbare erste Drehrate und eine der zweiten Frequenz zuordenbare zweite Drehrate ermittelt wird. Hierdurch wird eine erhöhte Sicherheit in der Detektion von Drehraten um eine Drehachse oder um mehrere gegeneinander senkrecht verlaufende Drehachsen durch Plausibilisierung der ermittelten Drehraten ermöglicht.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Antriebssignal über zwei phase lock loops (PLLs) und zwei adaptive clock generators (ACGs) geregelt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Drehratensensor gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt in einer schematischen Darstellung den Drehratensensor gemäß 1.
3 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Drehratensensor gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt in einer schematischen Darstellung den Drehratensensor gemäß 3.
Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
In 1 und 2 ist eine schematische Darstellung eines Drehratensensors 1 gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei der Drehratensensor 1 ein Substrat 3 mit einer Haupterstreckungsebene 100 sowie gegenüber dem Substrat 3 und jeweils gegenüber einander bewegliche erste, zweite, dritte und vierte Struktur 5, 7, 9, 11 umfasst. Des Weiteren umfasst der Drehratensensor 1 eine in 1 und 2 nicht dargestellte Antriebseinrichtung zur Auslenkung der ersten Struktur 5, der zweiten Struktur 7, der dritten Struktur 9 und der vierten Struktur 11 aus den jeweiligen Ruhelagen der Strukturen 5, 7, 9, 11 und entlang einer Richtung im Wesentlichen parallel zu einer Antriebsrichtung 15. Hierbei werden die erste Struktur 5 und die vierte Struktur 11 zu einer zueinander im Wesentlichen gleichphasigen Schwingung und zu der zweiten Struktur 7 und zu der dritten Struktur 9 zu einer im Wesentlichen gegenphasigen Schwingung bei einer ersten Frequenz angeregt. Weiterhin wird die erste Struktur 5 und die zweite Struktur 7 zu einer zueinander im Wesentlichen gleichphasigen Schwingung und zu der dritten Struktur 9 und zu der vierten Struktur 11 zu einer im Wesentlichen gegenphasigen Schwingung bei einer zweiten Frequenz anregt. Hierbei zeigen 1 eine Momentaufnahme einer Schwingung bei der ersten Frequenz und 2 eine Momentaufnahme einer Schwingung bei der zweiten Frequenz.
Der in 1 und 2 dargestellte Drehratensensor 1 umfasst ferner eine erste Detektionseinheit 23 mit einer ersten Elektrode 37 zum Detektieren einer ersten Kraftwirkung auf die erste Struktur 5, eine zweite Detektionseinheit 29 mit einer zweiten Elektrode 39 zum Detektieren einer zweiten Kraftwirkung auf die zweite Struktur 7, eine dritte Detektionseinheit 31 mit einer dritten Elektrode 41 zum Detektieren einer dritten Kraftwirkung auf die dritte Struktur 9 und eine vierte Detektionseinheit 33 mit einer vierten Elektrode 43 zum Detektieren einer vierten Kraftwirkung auf die vierte Struktur 11. Hierbei wirken die erste Kraftwirkung, die zweite Kraftwirkung, die dritte Kraftwirkung und die vierte Kraftwirkung entlang einer Richtung im Wesentlichen parallel zu einer ersten Achse Z und werden aufgrund einer Drehrate des Drehratensensors 1 um eine Achse im Wesentlichen parallel zu einer zweiten Achse X bewirkt. Die in 1 und 2 dargestellten erste Elektrode 37, zweite Elektrode 39, dritte Elektrode 41 und vierte Elektrode 43 sind im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet, erstrecken sich parallel zu der Haupterstreckungsebene 100 und sind zumindest teilweise zwischen dem Substrat 3 und der jeweiligen Struktur 5, 7, 9, 11 angeordnet.
Des Weiteren umfasst der in 1 und 2 dargestellte Drehratensensor 1 ein erstes Koppelmittel 61, ein zweites Koppelmittel 63, ein drittes Koppelmittel 65 und ein viertes Koppelmittel 67 zum koppeln der jeweiligen Strukturen 5, 7, 9, 11 derart, dass die Strukturen 5, 7, 9, 11 in die wie oben beschriebenen Schwingungen versetzbar sind. Hierbei koppelt des erste Koppelmittel 61 die erste Struktur 5 und die zweite Struktur 7. Das zweite Koppelmittel 63 koppelt die erste Struktur 5 und die dritte Struktur 9. Das dritte Koppelmittel 65 koppelt die zweite Struktur 7 und die vierte Struktur 11. Das vierte Koppelmittel 67 koppelt die dritte Struktur 9 und die vierte Struktur 11.
In 3 und 4 ist in schematischer Darstellung ein Drehratensensor 1 gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei der in 3 und 4 dargestellte Drehratensensor 1 im Wesentlichen dem in 1 und 2 dargestellten Drehratensensor 1 entspricht. Der Drehratensensor 1 gemäß 3 und 4 umfasst jedoch eine weitere erste Detektionseinheit 38 mit zwei weiteren ersten Elektroden 45 zum Detektieren einer weiteren ersten Kraftwirkung auf die erste Struktur 5, eine weitere zweite Detektionseinheit 39 mit zwei weiteren zweiten Elektroden 47 zum Detektieren einer weiteren zweiten Kraftwirkung auf die zweite Struktur 7, eine weitere dritte Detektionseinheit 41 mit zwei weiteren dritten Elektroden 49 zum Detektieren einer weiteren dritten Kraftwirkung auf die dritte Struktur 9 und eine weitere vierte Detektionseinheit 43 mit zwei weiteren vierten Elektroden 51 zum Detektieren einer weiteren vierten Kraftwirkung auf die vierte Struktur 11 jeweils entlang einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der zweiten Achse X. Hierbei werden die weitere erste Kraftwirkung, die weitere zweite Kraftwirkung, die weitere dritte Kraftwirkung und die weitere vierte Kraftwirkung aufgrund einer Drehrate des Drehratensensors 1 um eine Achse im Wesentlichen parallel zu der ersten Achse Z bewirkt. Die in 3 und 4 dargestellten zwei weiteren ersten Elektroden 45, die zwei weiteren zweiten Elektrode 47, die zwei weiteren dritten Elektroden 49 und die zwei weiteren vierten Elektroden 51 sind im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet, erstrecken sich im Wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsebene 100 und sind jeweils zumindest teilweise in jeweils einer Ausnehmung der jeweiligen Struktur 5, 7, 9, 11 angeordnet. Auch gemäß der in 3 und 4 dargestellten weiteren Ausführungsform umfasst der Drehratensensor 1 das erste Koppelmittel 61, das zweite Koppelmittel 63, das dritte Koppelmittel 65 und das vierte Koppelmittel 67. Die Kopplung der ersten, zweiten, dritten und vierten Struktur 5, 7, 9, 11 durch die Koppelmittel 61, 63, 65, 67 entspricht bei der Ausführungsform gemäß 3 und 4 der Kopplung gemäß der Ausführungsform gemäß 1 und 2.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Drehratensensor 1 sowohl die erste Detektionseinheit 23, die zweite Detektionseinheit 29, die dritte Detektionseinheit 31 und die vierte Detektionseinheit 33 als auch die weitere erste Detektionseinheit 38, die weitere zweite Detektionseinheit 39, die weitere dritte Detektionseinheit 41 und die weitere vierte Detektionseinheit 43 umfasst, sodass gemäß einer solchen Ausführungsform sowohl eine Drehrate um die zweite Achse X als auch um die erste Achse Z detektierbar ist.
Durch die hier beschriebenen Ausführungsformen wird ein Drehratensensor 1 mit schwingenden Massen entlang einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der Antriebsrichtung 15 bei der ersten Frequenz und bei der zweiten Frequenz betrieben. Hierbei erfolgt die Einstellung der Schwingamplitude und Detektion der Schwingfrequenzen, bzw. die Regelung des Antriebssignals, bei der ersten Frequenz und bei der zweiten Frequenz über PLL und ACG, insbesondere über zwei PLLs und ACGs. Bei angelegter Drehrate erfahren die Massen aufgrund der Coriolis-Kraft frequenzabhängig gleich und gegenphasige Bewegungen. Durch Verschalten von Elektroden und Signalaufbereitung, beispielsweise Demodulation und Filterung, bzw. Synchrondemodulation mit der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz, kann die Drehrate ermittelt werden. Die Drehrate bei der ersten Frequenz entspricht beispielsweise der Summe aus der Kapazität der ersten Detektionseinheit 23 und der Kapazität der vierten Detektionseinheit 33 minus der Summe aus der Kapazität der zweiten Detektionseinheit 29 und der Kapazität der dritten Detektionseinheit 31. Die Drehrate bei der zweiten Frequenz entspricht beispielsweise der Summe aus der Kapazität der ersten Detektionseinheit 23 und der Kapazität der zweiten Detektionseinheit 29 minus der Summe aus der Kapazität der dritten Detektionseinheit 31 und der Kapazität der vierten Detektionseinheit 33. Nach Abgleich von Verstärkungsfaktoren müssen die bei den beiden Frequenzen ermittelten Drehraten im fehlerfreien Betrieb identisch sein. Hierdurch wird eine Erhöhung der Sicherheit durch Plausibilisierung der beiden Drehratenausgangssignale erreicht. Bei richtiger Funktion müssen die ermittelten Drehraten identisch sein.

Claims

Drehratensensor (1) mit einem Substrat (3) mit einer Haupterstreckungsebene (100) und mit mindestens einer gegenüber dem Substrat (3) beweglichen ersten Struktur (5) und mit mindestens einer gegenüber dem Substrat (3) und gegenüber der ersten Struktur (5) beweglichen zweiten Struktur (7) und mit mindestens einer gegenüber dem Substrat (3) und gegenüber der ersten Struktur (5) und gegenüber der zweiten Struktur (7) beweglichen dritten Struktur (9) und mit mindestens einer gegenüber dem Substrat (3) und gegenüber der ersten Struktur (5) und gegenüber der zweiten Struktur (7) und gegenüber der dritten Struktur (9) beweglichen vierten Struktur (11), dadurch gekennzeichnet, dass der Drehratensensor (1) eine Antriebseinrichtung zur Auslenkung der ersten Struktur (5) aus einer Ruhelage der ersten Struktur (5) im Wesentlichen parallel zu einer Antriebsrichtung (15) und zur Auslenkung der zweiten Struktur (7) aus einer Ruhelage der zweiten Struktur (7) im Wesentlichen parallel zu der Antriebsrichtung (15) und zur Auslenkung der dritten Struktur (9) aus einer Ruhelage der dritten Struktur (9) im Wesentlichen parallel zu der Antriebsrichtung (15) und zur Auslenkung der vierten Struktur (11) aus einer Ruhelage der vierten Struktur (11) im Wesentlichen parallel zu der Antriebsrichtung (15) derart umfasst, dass die erste Struktur (5) und die vierte Struktur (11) zu einer zueinander im Wesentlichen gleichphasigen Schwingung und zu der zweiten Struktur (7) und zu der dritten Struktur (9) zu einer im Wesentlichen gegenphasigen Schwingung bei einer ersten Frequenz anregbar sind, wobei die erste Struktur (5) und die zweite Struktur (7) zu einer zueinander im Wesentlichen gleichphasigen Schwingung und zu der dritten Struktur (9) und zu der vierten Struktur (11) zu einer im Wesentlichen gegenphasigen Schwingung bei einer zweiten Frequenz anregbar sind.
Drehratensensor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehratensensor (1) eine erste Detektionseinheit (23) zum Detektieren einer ersten Kraftwirkung auf die erste Struktur (5) entlang einer Richtung im Wesentlichen parallel zu einer ersten Achse (Z) im Wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsebene (100), eine zweite Detektionseinheit (29) zum Detektieren einer zweiten Kraftwirkung auf die zweite Struktur (7) entlang einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der ersten Achse (Z), eine dritte Detektionseinheit (31) zum Detektieren einer dritten Kraftwirkung auf die dritte Struktur (9) entlang einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der ersten Achse (Z) und eine vierte Detektionseinheit (33) zum Detektieren einer vierten Kraftwirkung auf die vierte Struktur (11) entlang einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der ersten Achse (Z) umfasst, wobei die erste Kraftwirkung, die zweite Kraftwirkung, die dritte Kraftwirkung und die vierte Kraftwirkung aufgrund einer Drehrate des Drehratensensors (1) um eine Achse im Wesentlichen parallel zu einer zweiten Achse (X) im Wesentlichen parallel zu der Haupterstreckungsebene (100) und im Wesentlichen senkrecht zu der Antriebsrichtung (15) bewirkt werden.
Drehratensensor (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Detektionseinheit (23) mindestens eine erste Elektrode (37) zum Detektieren der ersten Kraftwirkung auf die erste Struktur (5), die zweite Detektionseinheit (29) mindestens eine zweite Elektrode (39) zum Detektieren der zweiten Kraftwirkung auf die zweite Struktur (7), die dritte Detektionseinheit (31) mindestens eine dritte Elektrode (41) zum Detektieren der dritten Kraftwirkung auf die dritte Struktur (9) und die vierte Detektionseinheit (33) mindestens eine vierte Elektrode (43) zum Detektieren der vierten Kraftwirkung auf die vierte Struktur (11) umfassen, wobei die erste Elektrode (37), die zweite Elektrode (39), die dritte Elektrode (41) und die vierte Elektrode (43) im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet sind, wobei sich die erste Elektrode (37), die zweite Elektrode (39), die dritte Elektrode (41) und die vierte Elektrode (43) im Wesentlichen parallel zu der Haupterstreckungsebene (100) erstrecken und zumindest teilweise zwischen dem Substrat (3) und der jeweiligen Struktur (5, 7, 9, 11) angeordnet sind.
Drehratensensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehratensensor (1) eine weitere erste Detektionseinheit (38) zum Detektieren einer weiteren ersten Kraftwirkung auf die erste Struktur (5) entlang einer Richtung im Wesentlichen parallel zu einer zweiten Achse (X) im Wesentlichen parallel zu der Haupterstreckungsebenen (100) und im Wesentlichen senkrecht zu der Antriebsrichtung (15), eine weitere zweite Detektionseinheit (39) zum Detektieren einer weiteren zweiten Kraftwirkung auf die zweite Struktur (7) entlang einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der zweiten Achse (X), eine weitere dritte Detektionseinheit (41) zum Detektieren einer weiteren dritten Kraftwirkung auf die dritte Struktur (9) entlang einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der zweiten Achse (X) und eine weitere vierte Detektionseinheit (43) zum Detektieren einer weiteren vierten Kraftwirkung auf die vierte Struktur (11) entlang einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der zweiten Achse (X) umfasst, wobei die weitere erste Kraftwirkung, die weitere zweite Kraftwirkung, die weitere dritte Kraftwirkung und die weitere vierte Kraftwirkung aufgrund einer Drehrate des Drehratensensors (1) um eine Achse im Wesentlichen parallel zu einer ersten Achse (Z) im Wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsebene (100) bewirkt werden.
Drehratensensor (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere erste Detektionseinheit (38) mindestens eine weitere erste Elektrode (45) zum Detektieren der weiteren ersten Kraftwirkung auf die erste Struktur (5), die weitere zweite Detektionseinheit (39) mindestens eine weitere zweite Elektrode (47) zum Detektieren der weiteren zweiten Kraftwirkung auf die zweite Struktur (7), die weitere dritte Detektionseinheit (41) mindestens eine weitere dritte Elektrode (49) zum Detektieren der weiteren dritten Kraftwirkung auf die dritte Struktur (9) und die weitere vierte Detektionseinheit (43) mindestens eine weitere vierte Elektrode (51) zum Detektieren der weiteren vierten Kraftwirkung auf die vierte Struktur (11) umfassen, wobei die weitere erste Elektrode (45), die weitere zweite Elektrode (47), die weitere dritte Elektrode (49) und die weitere vierte Elektrode (51) im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet sind, wobei sich die weitere erste Elektrode (45), die weitere zweite Elektrode (47), die weitere dritte Elektrode (49) und die weitere vierte Elektrode (51) im Wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsebene (100) erstrecken und zumindest teilweise in jeweils mindestens einer Ausnehmung der jeweiligen Struktur (5, 7, 9, 11) angeordnet sind.
Drehratensensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehratensenor ein erstes Koppelmittel (61) zum koppeln der ersten Struktur (5) mit der zweiten Struktur (7) derart umfasst, dass die erste Struktur (5) und die zweite Struktur (7) in eine im Wesentlichen gleichphasige Schwingung und in eine im Wesentlichen gegenphasige Schwingung versetzbar sind, wobei der Drehratensensor (1) ein zweites Koppelmittel (63) zum koppeln der ersten Struktur (5) mit der dritten Struktur (9) derart umfasst, dass die erste Struktur (5) und die dritte Struktur (9) in eine im Wesentlichen gegenphasige Schwingung versetzbar sind, wobei der Drehratensensor (1) ein drittes Koppelmittel (65) zum koppeln der zweiten Struktur (7) mit der vierten Struktur (11) derart umfasst, dass die zweite Struktur (7) und die vierte Struktur (11) in eine im Wesentlichen gegenphasige Schwingung versetzbar sind, wobei der Drehratensensor (1) ein viertes Koppelmittel (67) zum koppeln der dritten Struktur (9) mit der vierten Struktur (11) derart umfasst, dass die dritte Struktur (9) und die vierte Struktur (11) in eine im Wesentlichen gleichphasige Schwingung und in eine im Wesentlichen gegenphasige Schwingung versetzbar sind.
Verfahren zum Betrieb eines Drehratensensors (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt die erste Struktur (5), die zweite Struktur (7), die dritte Struktur (9) und die vierte Struktur (11) im Wesentlichen parallel zu der Antriebsrichtung (15) mithilfe eines Antriebssignals derart ausgelenkt werden, dass die erste Struktur (5) und die vierte Struktur (11) zu einer zueinander im Wesentlichen gleichphasigen Schwingung und zu der zweiten Struktur (7) und zu der dritten Struktur (9) zu einer im Wesentlichen gegenphasigen Schwingung bei einer ersten Frequenz angeregt werden, wobei die erste Struktur (5) und die zweite Struktur (7) zu einer zueinander im Wesentlichen gleichphasigen Schwingung und zu der dritten Struktur (9) und zu der vierten Struktur (11) zu einer im Wesentlichen gegenphasigen Schwingung bei einer zweiten Frequenz angeregt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Verfahrensschritt mithilfe der ersten Detektionseinheit (23), der zweiten Detektionseinheit (29), der dritten Detektionseinheit (31) und der vierten Detektionseinheit (33) und/oder mithilfe der weiteren ersten Detektionseinheit (38), der weiteren zweiten Detektionseinheit (39), der weiteren dritten Detektionseinheit (41) und der weiteren vierten Detektionseinheit (43) mindestens ein Detektionssignal ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Verfahrensschritt das mindestens eine Detektionssignal mithilfe von Synchrondemodulation mit der ersten Frequenz und mit der zweiten Frequenz aufbereitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vierten Verfahrensschritt aus dem aufbereiteten mindestens einen Detektionssignal eine der ersten Frequenz zuordenbare erste Drehrate und eine der zweiten Frequenz zuordenbare zweite Drehrate ermittelt wird.