DE60032373T2 - Mikromechanisch hergestellter stimmgabelkreisel und zugehöriges dreiachsiges inertialmesssystem zur messung von drehungen ausserhalb der ebene - Google Patents
Mikromechanisch hergestellter stimmgabelkreisel und zugehöriges dreiachsiges inertialmesssystem zur messung von drehungen ausserhalb der ebene Download PDFInfo
- Publication number
- DE60032373T2 DE60032373T2 DE60032373T DE60032373T DE60032373T2 DE 60032373 T2 DE60032373 T2 DE 60032373T2 DE 60032373 T DE60032373 T DE 60032373T DE 60032373 T DE60032373 T DE 60032373T DE 60032373 T2 DE60032373 T2 DE 60032373T2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- axis
- tuning fork
- solid
- plane
- along
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/5719—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using planar vibrating masses driven in a translation vibration along an axis
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Diese vorliegende Erfindung betrifft mikrogefertigte Stimmgabel-Gyroskope.
- Die Mikrofertigung ermöglicht, dass mechanische Gyroskope und andere Vorrichtungen unter Verwendung von Gruppenfertigungsverfahren, die zur Herstellung von Halbleiterelektronik bekannt sind, konstruiert werden. Diese Verfahren führen zu Instrumenten mit kleinerer Größe, niedrigeren Kosten und größerer Zuverlässigkeit als diejenigen, die durch herkömmliche Verfahren konstruiert werden.
- Mikromechanische Stimmgabel-Strukturen sind zur Verwendung als Trägheitsratensensoren bekannt. Bekannte Stimmgabel-Strukturen tasten typischerweise die Winkelrate entlang einer Achse in der Ebene mit einer planaren Hauptoberfläche eines Substrats, auf oder in dem die Vorrichtung konstruiert ist, ab. Eine solche Vorrichtung ist ein Stimmgabel-Gyroskop in der Ebene, das einen Eingriffsantrieb und angetriebene Fingerelektroden oder Kämme verwendet, die zwei schwingenden Stimmgabelelementen oder festen Massen zugeordnet sind.
- Die deutsche Patentanmeldung DE-A-195 30 007 beschreibt einen Drehzahlsensor mit zwei Stimmgabel-Gyroskopvorrichtungen in der Ebene, die mit einem mechanischen Gestänge gekoppelt sind, um verschiedene Phasenwinkel für die Gyroskope zu erzeugen, wenn sie zur Schwingung angetrieben werden. Die Gyroskope umfassen Antriebskämme und Abtastkämme, die entlang verschiedener Achsen in einer gleichen Betriebsebene arbeiten.
- Die deutsche Patentanmeldung DE-A-44 42 033 beschreibt einen Drehratensensor, der zwei Gyroskopelemente jeweils mit einer Masse, die entlang einer ersten Richtung angetrieben wird, die die Drehrate durch Parallelverschiebung der Masse entlang einer zweiten Richtung in derselben Ebene wie der ersten Richtung abtasten, umfasst. Die Massen umfassen integrierte Sonnenstrukturen, um zur Verringerung der Größe der Gyroskope beizutragen.
- Die PCT-Veröffentlichung WO-A-93 05401 beschreibt einen mikromechanischen Stimmgabel-Winkelratensensor, der zwei Massen umfasst, die zu einer Schwingung in einer ersten Richtung angetrieben werden. Die Winkeldrehung um eine zur ersten Richtung senkrechte Achse und in derselben Ebene wie die erste Richtung erzeugt eine Schwingungsbewegung oder Ablenkung einer Platte außerhalb der Ebene, die mit Abtastelementen kapazitiv gekoppelt ist.
- Die europäische Patentanmeldung EP-0 795 737 beschreibt einen Winkelgeschwindigkeitssensor mit mit Kamm versehenen abgetasteten Bereichen in einer Masse, die entlang einer ersten Achse schwingend angetrieben wird, der die Winkelgeschwindigkeit auf der Basis einer Verschiebung entlang einer zweiten Achse in derselben Ebene wie die erste Achse abtastet. Die Antriebsstrukturen für die Schwingungsbewegung liegen in der Form von Kämmen vor und ermöglichen die Erfassung einer Bewegung außerhalb der Ebene.
- Die Fertigung solcher bekannter Vorrichtungen ist ziemlich unkompliziert, wobei sie photolithographische und andere Halbleiterfertigungsverfahren beinhaltet. Aus Dämpfungs- und Kreuzkopplungsgründen können die Platten solcher bekannten Vorrichtungen mit Löchern oder Öffnungen hergestellt werden. Einige Herstellungssequenzen wie z.B. Polysilizium und Massesilizium erfordern die Löcher, um das Unterätzen zu verbessern. Solche Vorrichtungen sind jedoch bekannt und so gestaltet, dass sie nur Winkelraten abtasten, die in der Ebene der planaren Hauptoberfläche der festen Masse(n) auferlegt werden, und nicht zum Abtasten der Winkelrate um eine zur Hauptebene des Substrats senkrechte Achse. Mechanisches Befestigen und Drahtbonden zum Abtasten der Winkelrate um eine zur Hauptebene des Substrats senkrechte Achse und/oder zum Verwirklichen eines Systems mit drei Achsen aus bekannten Stimmgabel-Gyroskopkonfigurationen in der Ebene ist teuer und beschwerlich.
- Andere relativ anspruchsvolle mikromechanische Konfigurationen sind zum Abtasten von Winkelraten außerhalb der Ebene bekannt. Das US-Patent Nr. 5 016 072 von Greift beschreibt eine Doppel-Kardan-Gyroskopstruktur, die Winkelraten außerhalb der Ebene abtastet. Die zum Erreichen einer solchen Doppel-Kardanstruktur erforderliche Verarbeitung ist jedoch nicht mit der Verarbeitung, die zum Erreichen der angeführten Strukturen in der Ebene erforderlich ist, kompatibel. Folglich wäre die Verwirklichung einer Trägheitsmesseinheit mit drei Achsen auf einem einzigen Chip schwierig und vielleicht kommerziell undurchführbar.
- KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung definiert die Struktur für ein mikrogefertigtes Stimmgabel-Gyroskop außerhalb der Ebene, das die Winkelrate um eine Achse abtastet, die zu einer Hauptebene des Substrats senkrecht ist, auf dem die Vorrichtung konstruiert ist. Das Stimmgabel-Gyroskop außerhalb der Ebene wird durch eine Verarbeitung gefertigt, die zu jener des angeführten Stimmgabel-Gyroskops in der Ebene ähnlich und mit dieser kompatibel ist, was die Konstruktion eines Winkelratensensors mit drei Achsen auf einem einzigen Chip brauchbar macht.
- In einem ersten Ausführungsbeispiel beinhaltet das Stimmgabel-Gyroskop außerhalb der Ebene eine Streifenkondensator-Ablesung mit zwei mit Öffnungen versehenen festen Massen und Elektroden in Form von ersten und zweiten Sätzen von Streifen, die auf einem Substrat unter (oder über) den Öffnungen in den festen Massen abgeschieden sind. Ein Kammantrieb bewirkt, dass jede feste Masse in der Hauptebene, typischerweise entgegengesetzt, schwingt. Die schwingenden festen Massen sind in einer zur Hauptebene des Substrats parallelen, jedoch von der Schwingungsachse verschiedenen Achse nachgiebig, und verschieben sich entlang der Achse in Reaktion auf eine Winkelraten- oder Beschleunigungseingabe um eine zum Substrat senkrechte Achse parallel. Wenn sich die festen Massen parallel verschieben, bedecken die Öffnungen die Elektrodenstreifen in veränderlichen relativen Graden, so dass die Kapazität zwischen den festen Massen und jedem Satz von Elektroden im Verhältnis zur differentiellen axialen Position der festen Massen und daher zur Eingangswinkelrate zunimmt und abnimmt.
- Die Empfindlichkeit des Stimmgabel-Gyroskops außerhalb der Ebene nähert sich jener des Stimmgabel-Gyroskops in der Ebene für eine gegebene Größe der festen Massen und einen gegebenen Abstand von Resonanzfrequenzen.
- In einem weiteren Ausführungsbeispiel beinhaltet das Stimmgabel-Gyroskop außerhalb der Ebene einen zentralen Motor, der zur Gleichtakt-Unterdrückung einer elektrischen Kopplung, die Gyroskopfehler verursachen kann, in zwei Hälften aufgeteilt ist.
- Der Mikrofertigungsprozess des Stimmgabel-Gyroskops außerhalb der Ebene ist mit jenem des Stimmgabel-Gyroskops in der Ebene kompatibel, so dass beide Arten der Vorrichtung auf demselben Siliziumwafer oder sogar demselben Chip hergestellt werden können. Folglich kann eine vollständige Trägheitsmesseinheit mit drei Achsen für die Rate und drei Achsen für die Beschleunigung auf einem einzigen Siliziumsubstrat aufgebaut werden.
- KURZBESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG
- Die obigen und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung sind nachstehend in der ausführlichen Beschreibung von erläuternden Ausführungsbeispielen und der zugehörigen Zeichnung vollständiger dargelegt, in der gilt:
-
1 ist ein schematisches Diagramm eines Stimmgabel-Gyroskops in der Ebene des Standes der Technik; -
2 ist ein schematisches Diagramm eines Stimmgabel-Gyroskops außerhalb der Ebene gemäß der vorliegenden Erfindung; -
3 ist ein schematisches Diagramm eines Teils einer Streifenkondensator-Ablesung im Stimmgabel-Gyroskop von2 ; -
4 –6 sind schematische Diagramme von alternativen kapazitiven Ablesungen für ein Stimmgabel-Gyroskop außerhalb der Ebene, das hierin nicht beansprucht wird; -
7 –10 sind schematische Diagramme von weiteren Ausführungsbeispielen eines Stimmgabel-Gyroskops außerhalb der Ebene, das alternative kapazitive Ablesungen von4 –6 beinhaltet; -
11 –14 sind schematische Diagramme von weiteren Ausführungsbeispielen eines Stimmgabel-Gyroskops außerhalb der Ebene gemäß der vorliegenden Erfindung, das alternative Aufhängungskonfigurationen beinhaltet; und -
15 ist eine schematische Ansicht einer Trägheitsmesseinheit mit drei Achsen, die zwei Stimmgabel-Gyroskope in der Ebene und ein Stimmgabel-Gyroskop außerhalb der Ebene gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet. - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- Wie in
1 dargestellt, umfasst ein Stimmgabel-Gyroskop in der Ebene des Standes der Technik Schwingungselemente in Form von festen Massen10 und Kämmen12 ,14 . Die festen Massen10 können Löcher oder Öffnungen40 darin aufweisen, von denen nur einige in1 der Deutlichkeit halber gezeigt sind. Die festen Massen10 und die Kämme12 ,14 sind an einer Anordnung mit Stützelementen oder Balken16 , Gelenken18 , die die festen Massen10 mit den Stützelementen16 verbinden, und Gelenken20 , die die Stützelemente16 mit einem Substrat22 an Ankerpunkten24 verbinden, abgestützt. Die festen Massen10 , die Stützelemente16 und die Gelenke18 und20 sind als aufgehängtes Material2 in1 angegeben und können im dargestellten Ausführungsbeispiel aus Metall, dotiertem Silizium, Silizium oder Polysilizium ausgebildet werden. - Die äußeren Kämme
14 werden mit Gleichvorspannungs- und Wechselspannungs-Antriebssignalen über Kontaktstellen26 angeregt, um zu bewirken, dass die festen Massen10 entlang einer Antriebsachse30 entgegengesetzt schwingen. Wahlweise werden die äußeren Kämme14 mit der halben mechanischen Resonanzfrequenz ohne Vorspannung oder mit zwei verschiedenen Frequenzen angetrieben. - Die inneren Kämme
12 werden verwendet, um die Schwingungsbewegung der festen Massen zur Verwendung in einer Selbstantriebs-Oszillatorschaltung, die in1 nicht gezeigt ist, abzutasten. - Für das Stimmgabel-Gyroskop in der Ebene von
1 bewirkt eine Winkelrate in der Ebene des Substrats22 entlang einer Eingangsachse32 Coriolis-Kräfte, die eine feste Masse10 aufwärts und die andere abwärts entlang einer Ausgangsbewegungsachse bewegen, die zum Substrat22 senkrecht ist. Die Bewegung jeder festen Masse10 bewirkt eine Änderung der Kapazität zwischen der festen Masse10 und einer entsprechenden ausgerichteten Elektrodenplatte34L ,34R auf dem Substrat22 . Die Platten34L ,34R werden durch Wechselspannungsabtastsignale angesteuert, die verwendet werden, um die sich ändernde Kapazität zu erfassen. Die rechte Platte34R kann beispielsweise mit 100 kHz, Phasenwinkel 0°, angeregt werden, während die linke Platte34L mit 100 kHz, Phasenwinkel 180°, angeregt wird. Andere Frequenzen und Gleichspannung können auch verwendet werden. Der differentielle Wechselstrom von den festen Massen10 am Ausgangsknoten36 ist zur Eingangswinkelrate proportional. - Die Konfiguration der Aufhängung im Stimmgabel-Gyroskop von
1 , das heißt, die Dicke, Länge und Breite der Aufhängungselemente16 ,18 und20 , kann so ausgewählt werden, dass eine gewünschte Empfindlichkeit in der Ebene erreicht wird, die für beabsichtigte Verwendungen der Vorrichtung geeignet ist. - In
2 wird auf die Elemente eines Stimmgabel-Gyroskops außerhalb der Ebene, die ähnlichen Elementen des Gyroskops in der Ebene von1 entsprechen, unter Verwendung derselben Bezugsziffern Bezug genommen. Das Gyroskop von2 verwendet eine Streifenkondensator-Ablesung anstelle der Platten34L ,34R . Die Streifenkondensator-Ablesung umfasst Elektroden, die in gepaarten Streifen42 ,43 auf dem Substrat22 ausgebildet sind. Die Streifen42 ,43 sind parallel zur Antriebsachse30 unter den festen Massen10 ausgebildet. Der Abstand oder die Distanz zwischen entsprechenden Punkten der Öffnungen40 entlang einer Bewegungsachse44 der festen Massen (nachstehend erörtert) ist im Wesentlichen derselbe/dieselbe wie jener) der Paare von Streifen42 ,43 . Um die Empfindlichkeit zu maximieren, liegen die Kanten der Öffnungen40 über den leitenden Streifen42 ,43 , wie spezieller in3 gezeigt ist. Die Streifen42 ,43 können durch Metallisierung auf der Substratoberfläche oder durch Diffusionsbereiche im Substrat ausgebildet werden. - Die in
2 gezeigte Struktur ist entlang einer Z-Achse44 , die zum Substrat22 parallel ist, nachgiebig. Wie im Stimmgabel-Gyroskop des Standes der Technik von1 können die Dicke, Länge und Breite der Aufhängungselemente16 ,18 und20 so ausgewählt werden, dass eine gewünschte Empfindlichkeit außerhalb der Ebene erreicht wird. Eine Winkelrate um eine zum Substrat senkrechte Eingangsachse38 bewirkt, dass sich eine feste Masse entlang +Z und die andere entlang –Z parallel verschiebt. Diese axiale Bewegung verursacht Änderungen der Kapazität zwischen den Kondensatorstreifen42 ,43 und den festen Massen10 , wenn die Öffnungen40 die Streifen42 ,43 in veränderlichen relativen Graden bedecken. Ein Satz von Kondensatorstreifen42 wird beispielsweise mit einer Gleichspannung und einer Wechselspannung mit einer Frequenz von 50 bis 500 kHz mit einem Phasenwinkel von 0° und der andere Satz von Kondensatorstreifen43 mit einem Phasenwinkel von 180° angeregt. Andere Frequenzen können auch verwendet werden. Der Satz von Kondensatorstreifen42 ,43 unterhalb einer festen Masse10 wird auch zum Satz von Kondensatorplatten42 ,43 unterhalb der anderen festen Masse10 entgegengesetzt angeregt. Folglich ist der vom Ausgangsknoten36 abgetastete Strom zur differentiellen axialen Position der zwei festen Massen10 und daher zur Eingangswinkelrate proportional. Je größer die Anzahl von Kondensatorstreifen42 ,43 ist, desto größer ist die Empfindlichkeit gegen die Eingangswinkelrate. - Ein Teil der Streifen
42 ,43 kann für einen Drehmomentneuausgleich zweckgebunden sein, falls erwünscht. Der Drehmomentneuausgleich kann durchgeführt werden, wie im Stand der Technik gelehrt. - Die Empfindlichkeit des Stimmgabelgyroskops außerhalb der Ebene mit Streifenkondensator kann im Bereich von 30 bis 100 Prozent der Empfindlichkeit des Stimmgabel-Gyroskops in der Ebene für eine gegebene Größe der festen Massen und einen gegebenen Abstand von Resonanzfrequenzen liegen. Unter Vernachlässigen von Randfeldern wird die Kapazität zwischen parallelen, rechteckigen Platten beschrieben durch: wobei
C = Kapazität;
ε = Dielektrizitätskonstante;
L = Länge der Platten;
w = Breite der Platten; und
h = Spalt zwischen den Platten. -
-
- Mit dem Streifenmuster wird die Empfindlichkeit mit der Anzahl von aktiven Kanten und einem Faktor von %2 zur Berücksichtigung der Tatsache, dass die Löcher die feste Masse nicht vollständig kreuzen, und von Randfeldern multipliziert. Die Anzahl von aktiven Kanten ist 2w/Lp aus
3 : Daher gilt: wobei Lp = Mitten-Mitten-Abstand von Löchern entlang w. - Im Gyroskop-Betrieb ist die Ableseempfindlichkeit proportional zur Änderung der Kapazität und zur Anregungsspannung. Die Anregungsspannung ist zur Abwärtseinrastspannung proportional. Die Abwärtseinrastspannung ist eine Gleichspannung, die die feste Masse in die Abtastelektroden bringt und gegeben ist durch: wobei
kt = Federsteifigkeits-Parallelverschiebung senkrecht zur Ebene; und
A = Fläche von gegenüberliegenden Kondensatorplatten. - In einem typischen Stimmgabel-Gyroskop gilt Lp ≈ 10 μm und h ≈ 3 μm. Die gegenüberliegende Fläche für die Streifengeometrie ist 50 % von jener der normalen Kondensatoren im Stimmgabel-Gyroskop in der Ebene. Aus den Gleichungen (2), (4) und (5) sollte die Empfindlichkeit der Streifenkondensator-Ablesung 45 % von jener des vorliegenden Stimmgabel-Gyroskops in der Ebene sein.
- Die Breiten und Längen der Balken und Gelenke können gewählt werden, um die axiale Nachgiebigkeit zu optimieren, so dass sich die Resonanz der Abtastbewegung jener des Stimmgabelantriebs nähert. Die Resonanzen sowohl der Abtastung als auch des Antriebs sind von der Dicke der festen Masse und der Balken unabhängig (wenn alle dieselbe Dicke aufweisen). Diese Unabhängigkeit könnte die Anpassung der Abtast- und Antriebsachsen-Resonanzfrequenzen im Stimmgabel-Gyroskop außerhalb der Ebene leichter machen als im Stimmgabel-Gyroskop in der Ebene. Da sich die Vorrichtungsbearbeitung verbessert hat, wurden dickere Balken und Gelenke möglich, so dass sich die Empfindlichkeit des Gyroskops außerhalb der Ebene jener des Gyroskops in der Ebene nähern oder diese sogar übersteigen kann.
- In einem weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel beinhaltet das Stimmgabel-Gyroskop außerhalb der Ebene einen Doppelfunktionsantrieb, der in Eingriff stehende Fingerelektroden oder Kämme
50 ,52 für sowohl den Antrieb als auch die Winkelratenerfassung verwendet, was den Bedarf für Kondensatorplatten, die unterhalb der festen Massen10 angeordnet sind, vermeidet. Dieser Doppelfunktionsantrieb ist schematisch in4 dargestellt. Feste Kämme50 ,52 sind in Paaren angeordnet, wobei die Kämme in jedem Paar voneinander elektrisch isoliert sind. Ein Kamm50 von jedem Paar wird mit einem Träger, beispielsweise mit 100 KHz in einem Phasenwinkel von 0°, angeregt. Der andere Kamm52 von jedem Paar wird mit einem Träger mit einer Phase von 180° angeregt. Andere Frequenzen und Gleichspannung können auch verwendet werden. Wie gezeigt, sind die äußeren oder 180°-Kämme52 jeweils an einer langen Fußplatte54 befestigt. Die inneren oder 0°-Kämme50 sind jeweils an dem Substrat22 an Verankerungen51 in einem Raum56 befestigt, der zwischen der langen Fußplatte54 und zwei 180°-Kämmen52 festgelegt ist. Der Phasenwinkel der Kämme könnte umgekehrt werden, falls erwünscht, so dass die 180°-Kämme die inneren Kämme bilden. Die elektrische Verbindung mit den inneren Kämmen50 kann durch eine leitende Zuleitung58 unterhalb der äußeren Kämme52 bewerkstelligt werden. Die Herausführung der inneren Kämme kann auch zu den Kämmen parallel sein und unter der langen Fußplatte54 kreuzen. - Die Kämme
60 , die sich von der festen Masse10 erstrecken, liegen zwischen jedem Zahn von einem Paar der festen Kämme50 ,52 . Eine Winkelrate um die außerhalb der Ebene liegende oder Eingangsachse38 bewirkt, dass sich die feste Masse10 axial entlang der Achse44 bewegt, wie vorstehend beschrieben. Diese axiale Bewegung verändert den Abstand und folglich die Kapazität zwischen dem Kamm60 der festen Masse und den festen Kämmen50 ,52 , so dass der durch den Ausgangsknoten36 der festen Masse (in2 gezeigt) fließende Strom zur Eingangswinkelrate proportional ist. - Die Kämme
50 ,52 können mit einer Vorspannung und Spannung mit der Antriebsachsenresonanz angetrieben werden, um die doppelten Funktionen der Antriebs- und Abtastoperation zu erfüllen. Durch Anlegen einer Gleichvorspannung und einer Wechselspannung mit einer Frequenz von 100 kHz können die Kämme ebenso die Antriebsachsenbewegung anregen und die Abtastachsenverschiebung erfassen. Die Kämme können auch segmentiert sein, so dass einige nur für die Ratenerfassung verwendet werden, während andere nur für den Antrieb oder die Antriebsabtastung verwendet werden. - Die Doppelfunktionskämme
50 ,52 von4 können auch in einer "differentiellen" Betriebsart verwendet werden, in der beide Kämme verwendet werden, um die Verschiebung entlang der Bewegungsachse44 abzutasten. Dieses Ablesen wird mit Polysiliziumablagerungen mit Opferätzen verwendet, die haltbare Verankerungen mit kleiner Fläche bieten. - Die
5 und6 zeigen alternative Strukturen für die Abtastkämme in einem Gyroskop wie dem von4 . Das beispielhafte Ausführungsbeispiel von5 besitzt Spalte73 und75 mit ungleicher Größe zwischen jedem Zahn eines festen Kamms53 , der am Substrat22 befestigt ist, und den zwei benachbarten Zähnen eines Kamms60 einer festen Masse. Ebenso besitzt das beispielhafte Ausführungsbeispiel von6 Spalte73' und75' mit ungleicher Größe zwischen jedem festen Zahn55 und den zwei benachbarten Streifen eines leiterartigen Kamms60' der festen Masse. Die Zähne55 sind durch eine leitende Zuleitung58 verbunden. Typischerweise werden der feste Kamm53 oder die festen Zähne55 durch ein Gleichspannungs- oder Wechselspannungssignal angetrieben. -
7 zeigt ein Stimmgabel-Gyroskop unter Verwendung der Abtastkämme von4 . Doppelte Kämme50L ,52L und50R ,52R sind innerhalb Öffnungen80 und82 in den festen Massen10 ausgebildet. Die Kämme60 sind in den festen Massen10 zwischen den Öffnungen80 und82 ausgebildet. Die Kämme50L und50R sind am Substrat an Verankerungen51 befestigt und die Kämme52L und52R sind am Substrat an Verankerungen54 befestigt. Die Kämme50L und52L werden mit positiven Spannungen vorgespannt und die Kämme50R und52R werden mit negativen Spannungen vorgespannt oder umgekehrt. - Wie auch in
7 gezeigt, kann der zentrale oder innere Motor in zwei Teile90L und90R aufgeteilt sein. Die Aufteilung kann entweder vertikal, wie gezeigt, oder horizontal (d.h. wobei vertikal getrennte Motorabschnitte erzeugt werden, wobei jeder Abschnitt beide festen Massen10 antreibt) sein. Die Kämme92L ,92R des inneren Motors, die mit den Kämmen12 der festen Massen in Eingriff stehen, tasten die Bewegung der angetriebenen festen Masse10 ab. Die inneren Kämme92L und92R werden mit Gleichspannungen mit entgegengesetztem Vorzeichen und mit derselben Amplitude vorgespannt. Ein integrierender Differenzverstärker93 tastet das Signal über den aufgeteilten Motorteilen90L und90R ab. Wenn die festen Massen10 parallel zu den Kämmen92L und92R angetrieben werden, fließt ein elektrischer Strom in die und aus den inneren Kämmen92L und92R . Der integrierende Differenzverstärker93 tastet das Spannungssignal mit niedriger Impedanz, das zu den Positionen der festen Massen proportional ist und vom elektrischen Stromfluss erzeugt wird, ab. Die vielmehr aufgeteilten als festen, inneren Kämme92L ,92R ermöglichen die Verwendung von separaten Vorspannungen mit entgegengesetzter Polarität, die zu einer elektrischen Antisymmetrie zwischen den Motorteilen90L und90R führt. Diese Antisymmetrie verursacht, dass jegliches Gleichtaktsignal, das Gyroskopfehler verursachen kann, durch die differentielle Wirkung des integrierenden Verstärkers93 unterdrückt wird. - Die
8 –10 zeigen zusätzliche alternative Weisen zum Konfigurieren der Abtastkämme. Die8 und9 verwenden die Struktur von5 mit ungleichem Spalt. In8 befinden sich die Abtastkämme vollständig innerhalb der Grenzen der festen Massen10 , wohingegen in9 zusätzliche Abtastkämme auch außerhalb der Grenzen der festen Massen10 angeordnet sind.10 zeigt eine Variation der internen Kamm-Zahn-Struktur von6 . - Eine alternative Aufhängungskonfiguration für sowohl das Streifenkondensator-Ablesegyroskop von
2 als auch das Doppelfunktionskamm-Gyroskop von7 ist schematisch in11 dargestellt. In der dargestellten Konfiguration sind zwei Querbalken70 am Substrat22 an Verankerungen72 befestigt. Die festen Massen10 sind an den Balken70 durch Gelenke76 aufgehängt. Andere Aufhängungsformen sind auch möglich. Außerdem kann die Anzahl von Zuleitungen und Bondkontaktstellen von den Abtastkämmen variieren. Obwohl beispielsweise vier Bondkontaktstellen in7 gezeigt sind, könnte eine separate Bondkontaktstelle für jede Reihe von Abtastkämmen, das heißt acht Bondkontaktstellen, verwendet werden. In einer weiteren Option können alle Kämme mit positiver Spannung mit einer Abtastkontaktstelle verbunden sein; zwei, drei oder vier Kontaktstellen könnten für die negativen Kämme verwendet werden. Diese Optionen sehen eine Kompensation gegen eine Quadratur vor und ermöglichen eine kontinuierliche Schutzebene unterhalb der festen Masse. - Die
12 –14 zeigen alternative Aufhängungskonfigurationen für Gyroskope außerhalb der Ebene. Die12 und13 zeigen ein Viertel einer vollständigen Struktur mit einer festen Masse und Federn und14 zeigt eine vollständige Struktur. In dem Gyroskop von14 sind die an der festen Masse10 befestigten Gelenke in länglichen Ausschnitten angeordnet und an den festen Massen10 im innersten Bereich des Ausschnitts befestigt. Diese Konfiguration führt zu einer flächeneffizienten Konstruktion. - Ein Stimmgabel-Gyroskop außerhalb der Ebene kann als einzelner Sensor oder in Kombination mit zwei Stimmgabel-Gyroskopen in der Ebene als Trägheitsmesseinheit mit drei Achsen für Kraftfahrzeug-, Militär, medizinische und Computerspiel-Anwendungen verwendet werden. Die hierin dargestellten Stimmgabel-Gyroskope außerhalb der Ebene können durch denselben Prozess hergestellt werden, der für das Stimmgabel-Gyroskop in der Ebene des Standes der Technik von
1 verwendet wird. Folglich kann eine Trägheitsmesseinheit mit drei Achsen aus einem einzelnen Wafer oder auf einem einzelnen Chip konstruiert werden, wie schematisch in15 gezeigt ist. Die Vorrichtungen können beispielsweise gemäß einem Prozess mit aufgelöstem Wafer, verschiedenen Silizium-auf-Isolator- (SOI) Prozessen oder durch einen Oberflächen-Mikrobearbeitungs-Polysiliziumprozess hergestellt werden. Die Herstellung über Ätzen von Massesilizium ist auch möglich. - Für Fachleute wird ersichtlich sein, dass eine Modifikation an und eine Veränderung der vorstehend beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen möglich sind, ohne von den hierin offenbarten Erfindungskonzepten abzuweichen. Folglich sollte die Erfindung als nur durch den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche begrenzt betrachtet werden.
Claims (20)
- Mikrogefertigte Stimmgabelstruktur mit: einem Substrat (
22 ), das eine Hauptebene festlegt; einer ersten und einer zweiten festen Masse (10 ), die durch das Substrat (22 ) abgestützt sind, wobei die festen Massen (10 ) in einer Weise abgestützt sind, die eine angetriebene Schwingung der festen Massen (10 ) in entgegengesetzten Richtungen entlang einer zur Hauptebene parallelen ersten Achse (30 ) ermöglicht und auch eine Parallelverschiebung der festen Massen (10 ) entlang einer zur Hauptebene parallelen zweiten Achse (44 ), die unterschiedlich zur ersten Achse (30 ) orientiert ist, ermöglicht, wobei die Parallelverschiebung in Reaktion auf eine Winkeleingabe in Bezug auf eine Achse (38 ) aus der Hauptebene stattfindet, wenn die festen Massen (10 ) entlang der ersten Achse (30 ) schwingend angetrieben werden, wobei jede feste Masse (10 ) Öffnungen (40 ) umfasst, die beim Abtasten einer Bewegung der festen Masse (10 ) entlang der zweiten Achse (44 ) verwendet werden; einer Antriebsstruktur in elektrischer Verbindung mit den festen Massen (10 ), um zu bewirken, dass die festen Massen (10 ) entlang der ersten Achse (30 ) schwingen, während eine Bewegung entlang der zweiten Achse (44 ) ermöglicht wird, wobei die Antriebsstruktur einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Kamm umfasst, die entlang der ersten Achse (30 ) angeordnet sind, wobei der erste und der zweite Kamm (14 ) zusammenwirken, um die Schwingung der festen Massen (10 ) in entgegengesetzten Richtungen entlang der ersten Achse (30 ) zu induzieren, wobei der dritte und der vierte Abtastkamm (12 ) zum Abtasten einer axialen Bewegung der festen Massen (10 ) entlang der ersten Achse (30 ) wirksam sind; und Abtastelektroden (42 ,43 ,50 ,52 ,55 ), die durch das Substrat abgestützt sind, wobei die Abtastelektroden (42 ,43 ,50 ,52 ,55 ) in einer beabstandeten Beziehung zu den Öffnungen (40 ) der festen Massen (10 ) liegen und gemeinsam mit diesen konfiguriert sind, um jeweilige Kapazitäten mit diesen herzustellen, die sich mit der axialen Bewegung der festen Massen (10 ) entlang der zweiten Achse (44 ) ändern, wobei die Abtastelektroden (42 ,43 ,50 ,52 ,55 ) und die festen Massen (10 ) ferner dazu ausgelegt sind, die Erfassung einer differentiellen Änderung der Kapazitäten in Reaktion auf eine differentielle axiale Bewegung der festen Massen (10 ) entlang der zweiten Achse (44 ) zu ermöglichen. - Mikrogefertigte Stimmgabelstruktur nach Anspruch 1, wobei die Abtastelektroden parallele Streifen (
42 ,43 ), die durch das Substrat (22 ) abgestützt sind, gegenüber den festen Massen (10 ) umfassen, wobei sich die Streifen (42 ,43 ) parallel zur ersten Achse (30 ) erstrecken. - Mikrogefertigte Stimmgabelstruktur nach Anspruch 2, wobei jede der festen Massen (
10 ) eine Vielzahl von Öffnungen (40 ) aufweist, die durch diese hindurch angeordnet sind, und wobei die Streifen (42 ,43 ) in Paaren angeordnet sind, wobei einer der Streifen von jedem Paar in Bezug auf den anderen der Streifen von jedem Paar um 180° phasenverschoben elektrisch anregbar ist. - Mikrogefertigte Stimmgabelstruktur nach Anspruch 3, wobei die Paare von Streifen (
42 ,43 ) einen ersten Abstand aufweisen und die Öffnungen (40 ) einen zweiten Abstand, der im Wesentlichen gleich dem ersten Abstand ist, aufweisen. - Mikrogefertigte Stimmgabelstruktur nach Anspruch 3, wobei die Kanten der Öffnungen (
40 ) über den Streifen (42 ,43 ) von jedem Paar von Streifen (42 ,43 ) liegen. - Mikrogefertigte Stimmgabelstruktur nach Anspruch 1, wobei die festen Massen (
10 ) auf dem Substrat (22 ) durch eine Aufhängung abgestützt sind, die umfasst: zwei Balken (16 ), wobei die Balken (16 ) auf entgegengesetzten Seiten der festen Massen (10 ) angeordnet sind, erste Biegeelemente (20 ), die die Balken (16 ) mit Verankerungen (24 ) am Substrat (22 ) verbinden; und zweite Biegeelemente (18 ), die die festen Massen (10 ) mit den Balken (16 ) verbinden. - Mikrogefertigte Stimmgabelstruktur nach Anspruch 1, wobei die festen Massen (
10 ) auf dem Substrat (22 ) durch eine Aufhängung abgestützt sind, die umfasst: zwei Balken, wobei die Balken am Substrat auf entgegengesetzten Seiten der festen Massen verankert sind; und Biegeelemente, die die festen Massen (10 ) mit den Balken verbinden. - Mikrogefertigte Stimmgabelstruktur nach Anspruch 1, wobei die festen Massen (
10 ) am Substrat (22 ) durch eine Aufhängung abgestützt sind, die Biegeelemente umfasst, die innerhalb entsprechender Ausschnitte in den festen Massen angeordnet sind, wobei jedes Biegeelement an der entsprechenden festen Masse in einem innersten Bereich des Ausschnitts angebracht ist, in dem das Biegeelement angeordnet ist. - Mikrogefertigte Stimmgabelstruktur nach Anspruch 1, wobei die festen Massen nebeneinander angeordnet sind, und wobei die festen Massen am Substrat durch eine Aufhängung abgestützt sind, die im Wesentlichen identische Biegeelemente umfasst, die an jeder festen Masse befestigt sind, wobei die Biegeelemente an den Oberseiten und Unterseiten der festen Massen angeordnet sind und an entsprechenden Verankerungen am Substrat an den Oberseiten und Unterseiten der festen Massen befestigt sind.
- Mikrogefertigte Stimmgabelstruktur nach Anspruch 1, wobei die zweite Achse (
44 ) zur ersten Achse (30 ) senkrecht ist. - Mikrogefertigte Stimmgabelstruktur nach Anspruch 1, wobei die Achse (
38 ) außerhalb der Ebene zur Hauptebene senkrecht ist. - Trägheitsmesssystem mit: einem Substrat (
22 ), das eine Hauptebene definiert; einem ersten Stimmgabel-Gyroskop in der Ebene, das durch das Substrat abgestützt ist und das umfasst: eine erste und eine zweite feste Masse, die für eine Schwingungsbewegung entlang einer zur Hauptebene parallelen ersten Achse und für eine Drehung um eine zur ersten Achse senkrechte zweite Achse aufgehängt sind, eine erste Antriebsstruktur in elektrischer Verbindung mit der ersten und der zweiten festen Masse, um eine Schwingung derselben entlang der ersten Achse zu bewirken und die Schwingung entlang der ersten Achse abzutasten, und eine erste Sensorstruktur, die angeordnet ist, um die Drehung der ersten und der zweiten festen Masse um die zweite Achse abzutasten; einem zweiten Stimmgabel-Gyroskop in der Ebene, das durch das Substrat abgestützt ist und in einem Winkel in Bezug auf das erste Stimmgabel-Gyroskop in der Ebene orientiert ist und umfasst: eine dritte und eine vierte feste Masse, die für eine Schwingungsbewegung entlang einer zur Hauptebene parallelen und zur ersten Achse senkrechten dritten Achse und für eine Drehung um eine zur dritten Achse senkrechte vierte Achse aufgehängt sind, eine zweite Antriebsstruktur in elektrischer Verbindung mit der dritten und der vierten festen Masse, um eine Schwingung entlang der dritten Achse zu bewirken und die Schwingung entlang der dritten Achse abzutasten, und eine zweite Sensorstruktur, die angeordnet ist, um die Drehung der dritten und der vierten festen Masse um die vierte Achse abzutasten; und einem Stimmgabel-Gyroskop außerhalb der Ebene, das durch das Substrat abgestützt ist und umfasst: eine fünfte und eine sechste feste Masse, die für eine Schwingungsbewegung entlang einer zur Hauptebene parallelen fünften Achse und für eine Parallelverschiebung entlang einer zur Hauptebene parallelen und bezüglich der fünften Achse abgewinkelten sechsten Achse aufgehängt sind, eine dritte Antriebsstruktur in elektrischer Verbindung mit der fünften und der sechsten festen Masse, um eine Schwingung entlang der fünften Achse zu bewirken und die Schwingung entlang der fünften Achse abzutasten, und eine dritte Sensorstruktur, die angeordnet ist, um die Parallelverschiebung der fünften und der sechsten festen Masse entlang der sechsten Achse abzutasten. - Trägheitsmesssystem nach Anspruch 12, wobei die dritte Sensorstruktur des Stimmgabel-Gyroskops außerhalb der Ebene umfasst: Abtastelektroden, die durch das Substrat abgestützt sind, wobei die Abtastelektroden in Paaren vorgesehen sind, wobei die Elektroden von jedem Paar um 180° zueinander phasenverschoben elektrisch angesteuert werden; und Elektroden, die sich von der fünften und der sechsten festen Masse erstrecken, wobei jede sich erstreckende Elektrode so angeordnet ist, dass sie zwischen den Elektroden eines zugehörigen der Paare von Abtastelektroden in Eingriff steht.
- Trägheitsmesssystem nach Anspruch 12, wobei die dritte Sensorstruktur des Stimmgabel-Gyroskops außerhalb der Ebene umfasst: Abtastelektroden mit parallelen Streifen, die durch das Substrat gegenüber den ersten und zweiten festen Massen abgestützt sind und in Paaren angeordnet sind, die sich parallel zur fünften Achse erstrecken, wobei ein Streifen von jedem Paar in Bezug auf den anderen der Streifen von jedem Paar um 180° phasenverschoben elektrisch anregbar ist; und Öffnungen, die durch die fünfte und die sechste feste Masse hindurch angeordnet sind, wobei Kanten der Öffnungen so angeordnet sind, dass sie über den Streifen jedes Paars liegen.
- Trägheitsmesssystem nach Anspruch 12, wobei die erste, die zweite und die dritte Antriebsstruktur jeweils einen Kammantrieb umfassen, der erste angesteuerte Elektroden, die sich von einer zugehörigen der ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten festen Massen erstrecken, und zweite Ansteuerelektroden, die sich vom Substrat erstrecken und mit den ersten angesteuerten Elektroden in Eingriff stehen, umfasst.
- Trägheitsmesssystem nach Anspruch 12, wobei das erste Stimmgabel-Gyroskop in der Ebene, das zweite Stimmgabel-Gyroskop in der Ebene und das Stimmgabel-Gyroskop außerhalb der Ebene auf einem einzelnen Wafer vorgesehen sind.
- Trägheitsmesssystem nach Anspruch 12, wobei das erste Stimmgabel-Gyroskop in der Ebene, das zweite Stimmgabel-Gyroskop in der Ebene und das Stimmgabel-Gyroskop außerhalb der Ebene auf einem einzelnen Chip vorgesehen sind.
- Trägheitsmesssystem nach Anspruch 12, wobei die Frequenz der Schwingung der ersten und der zweiten festen Masse entlang der ersten Achse von der Frequenz der Schwingung der dritten und der vierten festen Masse entlang der dritten Achse ausreichend verschieden ist und beide dieser Schwingungsfrequenzen von der Frequenz der Schwingung der fünften und der sechsten festen Masse entlang der sechsten Achse ausreichend verschieden sind, so dass ein Nebensprechen zwischen den drei Gyroskopen im Wesentlichen vermieden wird.
- Trägheitsmesssystem nach Anspruch 18, wobei die Differenz der jeweiligen Schwingungsfrequenzen an einer Differenz zwischen der Masse der ersten und der zweiten festen Masse und der Masse der fünften und der sechsten festen Masse liegt.
- Trägheitsmesssystem nach Anspruch 18, wobei die Differenz der jeweiligen Schwingungsfrequenzen an einer Differenz zwischen der Federkonstante der Aufhängung für die erste und die zweite feste Masse und der Federkonstante für die Aufhängung der dritten und der vierten festen Masse und der Federkonstante für die Aufhängung der fünften und der sechsten festen Masse liegt.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US405721 | 1999-09-24 | ||
US09/405,721 US6257059B1 (en) | 1999-09-24 | 1999-09-24 | Microfabricated tuning fork gyroscope and associated three-axis inertial measurement system to sense out-of-plane rotation |
PCT/US2000/040841 WO2001022094A2 (en) | 1999-09-24 | 2000-09-07 | Microfabricated tuning fork gyroscope and associated three-axis inertial measurement system to sense out-of-plane rotation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE60032373D1 DE60032373D1 (de) | 2007-01-25 |
DE60032373T2 true DE60032373T2 (de) | 2007-10-25 |
Family
ID=23604945
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE60032373T Expired - Lifetime DE60032373T2 (de) | 1999-09-24 | 2000-09-07 | Mikromechanisch hergestellter stimmgabelkreisel und zugehöriges dreiachsiges inertialmesssystem zur messung von drehungen ausserhalb der ebene |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6257059B1 (de) |
EP (2) | EP1744121B1 (de) |
JP (1) | JP5123455B2 (de) |
AU (1) | AU1106501A (de) |
CA (1) | CA2385873C (de) |
DE (1) | DE60032373T2 (de) |
GB (1) | GB2371363B (de) |
HK (1) | HK1048659B (de) |
WO (1) | WO2001022094A2 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007009218B4 (de) * | 2006-02-28 | 2014-06-26 | Denso Corporation | Winkelgeschwindigkeitssensor und Verfahren zu dessen Betrieb |
DE102007054505B4 (de) * | 2007-11-15 | 2016-12-22 | Robert Bosch Gmbh | Drehratensensor |
DE102008044053B4 (de) | 2008-11-25 | 2022-07-14 | Robert Bosch Gmbh | Quadraturkompensation für einen Drehratensensor |
Families Citing this family (90)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6578420B1 (en) * | 1997-01-28 | 2003-06-17 | Microsensors, Inc. | Multi-axis micro gyro structure |
DE19937747C2 (de) * | 1999-08-10 | 2001-10-31 | Siemens Ag | Mechanischer Resonator für Rotationssensor |
IL139695A0 (en) * | 2000-11-15 | 2002-02-10 | Technion R & D Foundation Ltd | Method and apparatus for micro-machined sensors using enhanced modulated integrative differential optical sensing |
DE10108197A1 (de) * | 2001-02-21 | 2002-09-12 | Bosch Gmbh Robert | Drehratensensor |
US6598475B2 (en) | 2001-09-20 | 2003-07-29 | Honeywell International Inc. | Micromechanical inertial sensor having increased pickoff resonance damping |
JP3724403B2 (ja) * | 2001-10-02 | 2005-12-07 | 株式会社村田製作所 | 振動子およびそれを用いた振動ジャイロおよびそれを用いた電子装置 |
US6862934B2 (en) * | 2001-10-05 | 2005-03-08 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Tuning fork gyroscope |
FR2834055B1 (fr) * | 2001-12-20 | 2004-02-13 | Thales Sa | Capteur inertiel micro-usine pour la mesure de mouvements de rotation |
US7089792B2 (en) * | 2002-02-06 | 2006-08-15 | Analod Devices, Inc. | Micromachined apparatus utilizing box suspensions |
EP1472507B1 (de) * | 2002-02-06 | 2011-05-11 | Analog Devices, Inc. | Mikrohergestellter kreisel |
FR2838423B1 (fr) * | 2002-04-12 | 2005-06-24 | Thales Sa | Procede de fabrication d'une microstructure comportant une cavite sous vide et microstructure correspondante |
US6487864B1 (en) | 2002-04-23 | 2002-12-03 | Honeywell International Inc. | Cyrogenic inertial micro-electro-mechanical system (MEMS) device |
US6865944B2 (en) * | 2002-12-16 | 2005-03-15 | Honeywell International Inc. | Methods and systems for decelerating proof mass movements within MEMS structures |
US6817244B2 (en) * | 2003-01-06 | 2004-11-16 | Honeywell International Inc. | Methods and systems for actively controlling movement within MEMS structures |
US6718825B1 (en) | 2003-01-17 | 2004-04-13 | Honeywell International Inc. | Methods and systems for reducing stick-down within MEMS structures |
US6860151B2 (en) * | 2003-02-07 | 2005-03-01 | Honeywell International Inc. | Methods and systems for controlling movement within MEMS structures |
US6978673B2 (en) * | 2003-02-07 | 2005-12-27 | Honeywell International, Inc. | Methods and systems for simultaneously fabricating multi-frequency MEMS devices |
US6966224B2 (en) * | 2003-03-06 | 2005-11-22 | Bei Technologies, Inc. | Micromachined vibratory gyroscope with electrostatic coupling |
US6843127B1 (en) | 2003-07-30 | 2005-01-18 | Motorola, Inc. | Flexible vibratory micro-electromechanical device |
US20050062362A1 (en) * | 2003-08-28 | 2005-03-24 | Hongyuan Yang | Oscillatory gyroscope |
FR2860865B1 (fr) * | 2003-10-10 | 2006-01-20 | Thales Sa | Gyrometre micromecanique infertiel a diapason |
US6910379B2 (en) * | 2003-10-29 | 2005-06-28 | Honeywell International, Inc. | Out-of-plane compensation suspension for an accelerometer |
US6928873B2 (en) * | 2003-11-01 | 2005-08-16 | Chung-Shan Institute Of Science And Technology | Silicon dual inertial sensors |
US6940433B2 (en) * | 2003-11-14 | 2005-09-06 | Northrop Grumman Corporation | Modulation method for signal crosstalk mitigation in electrostatically driven devices |
US7043985B2 (en) * | 2004-01-13 | 2006-05-16 | Georgia Tech Research Corporation | High-resolution in-plane tuning fork gyroscope and methods of fabrication |
US7065888B2 (en) * | 2004-01-14 | 2006-06-27 | Aai Corporation | Gyroscopic system for boresighting equipment |
US6964195B2 (en) * | 2004-01-30 | 2005-11-15 | Bei Technologies, Inc. | Micromachined vibratory gyroscope and method with electronic coupling |
US7464590B1 (en) * | 2004-03-12 | 2008-12-16 | Thomson Licensing | Digitally programmable bandwidth for vibratory rate gyroscope |
US6938483B1 (en) | 2004-03-28 | 2005-09-06 | Hai Yan | Phase-locked mechanical resonator pair and its application in micromachined vibration gyroscope |
WO2005103620A1 (en) * | 2004-04-14 | 2005-11-03 | Analog Devices, Inc. | Inertial sensor with a linear array of sensor elements |
US7036373B2 (en) * | 2004-06-29 | 2006-05-02 | Honeywell International, Inc. | MEMS gyroscope with horizontally oriented drive electrodes |
EP1617178B1 (de) * | 2004-07-12 | 2017-04-12 | STMicroelectronics Srl | Mikroelektromechanische Struktur mit elektrisch isolierten Gebieten und Verfahren zu ihrer Herstellung |
US7478557B2 (en) * | 2004-10-01 | 2009-01-20 | Analog Devices, Inc. | Common centroid micromachine driver |
JP2006119001A (ja) * | 2004-10-22 | 2006-05-11 | Sony Corp | 角速度検出装置およびその製造方法 |
JP4654667B2 (ja) * | 2004-11-25 | 2011-03-23 | パナソニック電工株式会社 | ジャイロセンサおよび角速度検出方法 |
US7300814B2 (en) * | 2004-12-16 | 2007-11-27 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Method for fabricating micro-mechanical devices |
CN100449265C (zh) * | 2005-02-28 | 2009-01-07 | 北京大学 | 一种水平轴微机械陀螺及其制备方法 |
US7302848B2 (en) | 2005-03-10 | 2007-12-04 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Force compensated comb drive |
CN100338470C (zh) * | 2005-03-25 | 2007-09-19 | 中北大学 | 单片双惯性参数加速度计陀螺仪 |
US7421897B2 (en) | 2005-04-14 | 2008-09-09 | Analog Devices, Inc. | Cross-quad and vertically coupled inertial sensors |
US7545945B2 (en) * | 2005-08-05 | 2009-06-09 | The Research Foundation Of The State University Of New York | Comb sense microphone |
US8129801B2 (en) * | 2006-01-06 | 2012-03-06 | Honeywell International Inc. | Discrete stress isolator attachment structures for MEMS sensor packages |
US20070163346A1 (en) * | 2006-01-18 | 2007-07-19 | Honeywell International Inc. | Frequency shifting of rotational harmonics in mems devices |
US7992283B2 (en) * | 2006-01-31 | 2011-08-09 | The Research Foundation Of State University Of New York | Surface micromachined differential microphone |
EP2010450A2 (de) * | 2006-04-21 | 2009-01-07 | Bioscale, Inc. | Mikrgefertigte bauelemente und verfahren zur herstellung mikrogefertigter bauelemente |
FR2905457B1 (fr) * | 2006-09-01 | 2008-10-17 | Commissariat Energie Atomique | Microsysteme, plus particulierement microgyrometre, avec element de detection a electrodes capacitives. |
US7999440B2 (en) * | 2006-11-27 | 2011-08-16 | Bioscale, Inc. | Micro-fabricated devices having a suspended membrane or plate structure |
US20080121042A1 (en) * | 2006-11-27 | 2008-05-29 | Bioscale, Inc. | Fluid paths in etchable materials |
US8462109B2 (en) | 2007-01-05 | 2013-06-11 | Invensense, Inc. | Controlling and accessing content using motion processing on mobile devices |
US8952832B2 (en) | 2008-01-18 | 2015-02-10 | Invensense, Inc. | Interfacing application programs and motion sensors of a device |
US7934423B2 (en) | 2007-12-10 | 2011-05-03 | Invensense, Inc. | Vertically integrated 3-axis MEMS angular accelerometer with integrated electronics |
US8250921B2 (en) | 2007-07-06 | 2012-08-28 | Invensense, Inc. | Integrated motion processing unit (MPU) with MEMS inertial sensing and embedded digital electronics |
US8061201B2 (en) | 2007-07-13 | 2011-11-22 | Georgia Tech Research Corporation | Readout method and electronic bandwidth control for a silicon in-plane tuning fork gyroscope |
WO2009037499A1 (en) | 2007-09-18 | 2009-03-26 | Atlantic Inertial Systems Limited | Improvements in or relating to angular velocity sensors |
EP2040032A1 (de) | 2007-09-19 | 2009-03-25 | Atlantic Inertial Systems Limited | Verbesserungen bei oder im Zusammenhang mit Winkelgeschwindigkeitssensoren |
FI119895B (fi) | 2007-10-05 | 2009-04-30 | Vti Technologies Oy | Värähtelevä mikromekaaninen kulmanopeusanturi |
US8037757B2 (en) * | 2007-12-12 | 2011-10-18 | Honeywell International Inc. | Parametric amplification of a MEMS gyroscope by capacitance modulation |
KR101433590B1 (ko) * | 2007-12-12 | 2014-08-26 | 허니웰 인터내셔널 인코포레이티드 | 커패시턴스 변조에 의한 mems 자이로스코프의 파라미터증폭 |
WO2009119470A1 (ja) * | 2008-03-24 | 2009-10-01 | アルプス電気株式会社 | 角速度センサ |
US8011247B2 (en) * | 2008-06-26 | 2011-09-06 | Honeywell International Inc. | Multistage proof-mass movement deceleration within MEMS structures |
US8187902B2 (en) | 2008-07-09 | 2012-05-29 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | High performance sensors and methods for forming the same |
TWI374268B (en) * | 2008-09-05 | 2012-10-11 | Ind Tech Res Inst | Multi-axis capacitive accelerometer |
US8205498B2 (en) * | 2008-11-18 | 2012-06-26 | Industrial Technology Research Institute | Multi-axis capacitive accelerometer |
US8146424B2 (en) * | 2008-12-16 | 2012-04-03 | Honeywell International Inc. | Systems and methods for an inertial sensor suspension that minimizes proof mass rotation |
US8664951B2 (en) * | 2009-03-30 | 2014-03-04 | Honeywell International Inc. | MEMS gyroscope magnetic sensitivity reduction |
US7736931B1 (en) * | 2009-07-20 | 2010-06-15 | Rosemount Aerospace Inc. | Wafer process flow for a high performance MEMS accelerometer |
WO2011026100A1 (en) | 2009-08-31 | 2011-03-03 | Georgia Tech Research Corporation | Bulk acoustic wave gyroscope with spoked structure |
US8513746B2 (en) * | 2010-10-15 | 2013-08-20 | Rohm Co., Ltd. | MEMS sensor and method for producing MEMS sensor, and MEMS package |
TWI453371B (zh) | 2011-12-30 | 2014-09-21 | Ind Tech Res Inst | 一種具振盪模組的微機電系統裝置 |
SG11201403697YA (en) | 2012-01-12 | 2014-07-30 | Murata Electronics Oy | Accelerator sensor structure and use thereof |
US9293521B2 (en) | 2012-03-02 | 2016-03-22 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Concentric capacitor structure |
US8860114B2 (en) * | 2012-03-02 | 2014-10-14 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Structure and method for a fishbone differential capacitor |
JP6143430B2 (ja) * | 2012-05-08 | 2017-06-07 | 三菱プレシジョン株式会社 | バイアス補正機能を備えた振動型ジャイロ |
JP5772873B2 (ja) * | 2012-06-13 | 2015-09-02 | 株式会社デンソー | 静電容量式物理量センサ |
US9181086B1 (en) | 2012-10-01 | 2015-11-10 | The Research Foundation For The State University Of New York | Hinged MEMS diaphragm and method of manufacture therof |
CN105731353A (zh) * | 2014-12-12 | 2016-07-06 | 立锜科技股份有限公司 | 微机电装置 |
US10545167B2 (en) * | 2015-10-20 | 2020-01-28 | Analog Devices, Inc. | Multiple-axis resonant accelerometers |
US10514259B2 (en) | 2016-08-31 | 2019-12-24 | Analog Devices, Inc. | Quad proof mass MEMS gyroscope with outer couplers and related methods |
US10627235B2 (en) | 2016-12-19 | 2020-04-21 | Analog Devices, Inc. | Flexural couplers for microelectromechanical systems (MEMS) devices |
US10415968B2 (en) | 2016-12-19 | 2019-09-17 | Analog Devices, Inc. | Synchronized mass gyroscope |
US10697774B2 (en) | 2016-12-19 | 2020-06-30 | Analog Devices, Inc. | Balanced runners synchronizing motion of masses in micromachined devices |
CN106500732A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-03-15 | 四川纳杰微电子技术有限公司 | 一种微机械陀螺仪正交误差补偿结构 |
US10948294B2 (en) | 2018-04-05 | 2021-03-16 | Analog Devices, Inc. | MEMS gyroscopes with in-line springs and related systems and methods |
CN109163717B (zh) * | 2018-11-03 | 2020-04-24 | 中北大学 | 一种基于轮-环形式的单片三轴mems陀螺仪 |
US20200292313A1 (en) * | 2019-03-11 | 2020-09-17 | Honeywell International Inc. | In-plane non-degenerate coriolis vibratory gyroscope |
CN112209332B (zh) * | 2019-07-10 | 2023-09-05 | 清华大学 | 一种单片六轴imu的双面电极制作及圆片级真空封装方法 |
US11193771B1 (en) | 2020-06-05 | 2021-12-07 | Analog Devices, Inc. | 3-axis gyroscope with rotational vibration rejection |
WO2021252398A1 (en) | 2020-06-08 | 2021-12-16 | Analog Devices, Inc. | Drive and sense stress relief apparatus |
US11686581B2 (en) | 2020-06-08 | 2023-06-27 | Analog Devices, Inc. | Stress-relief MEMS gyroscope |
US11698257B2 (en) | 2020-08-24 | 2023-07-11 | Analog Devices, Inc. | Isotropic attenuated motion gyroscope |
Family Cites Families (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5016072A (en) * | 1988-01-13 | 1991-05-14 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Semiconductor chip gyroscopic transducer |
US5331852A (en) * | 1991-09-11 | 1994-07-26 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Electromagnetic rebalanced micromechanical transducer |
US5359893A (en) * | 1991-12-19 | 1994-11-01 | Motorola, Inc. | Multi-axes gyroscope |
US5349855A (en) * | 1992-04-07 | 1994-09-27 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Comb drive micromechanical tuning fork gyro |
JP3077077B2 (ja) * | 1994-01-28 | 2000-08-14 | ザ・チャールズ・スターク・ドレイパー・ラボラトリー・インコーポレイテッド | 慣性レートセンサー |
JP3212804B2 (ja) * | 1994-06-08 | 2001-09-25 | 三菱電機株式会社 | 角速度センサおよび角速度検出装置 |
DE19500800A1 (de) * | 1994-06-16 | 1995-12-21 | Bosch Gmbh Robert | Beschleunigungssensor |
DE4442033C2 (de) * | 1994-11-25 | 1997-12-18 | Bosch Gmbh Robert | Drehratensensor |
KR100374803B1 (ko) * | 1995-05-25 | 2003-05-12 | 삼성전자주식회사 | 튜닝포크형자이로스코프 |
DE19519488B4 (de) * | 1995-05-27 | 2005-03-10 | Bosch Gmbh Robert | Drehratensensor mit zwei Beschleunigungssensoren |
US5635638A (en) * | 1995-06-06 | 1997-06-03 | Analog Devices, Inc. | Coupling for multiple masses in a micromachined device |
DE19530007C2 (de) * | 1995-08-16 | 1998-11-26 | Bosch Gmbh Robert | Drehratensensor |
JPH09196680A (ja) * | 1996-01-16 | 1997-07-31 | Tokimec Inc | ジャイロ装置及びその製造方法 |
JP3039364B2 (ja) * | 1996-03-11 | 2000-05-08 | 株式会社村田製作所 | 角速度センサ |
JP3327150B2 (ja) * | 1996-12-13 | 2002-09-24 | 株式会社豊田中央研究所 | 共振型角速度センサ |
EP0911606A1 (de) * | 1997-10-23 | 1999-04-28 | STMicroelectronics S.r.l. | Integrierter Winkelgeschwindigkeitssensor und Verfahren zu seiner Herstellung |
EP1023607A2 (de) * | 1997-10-14 | 2000-08-02 | Irvine Sensors Corporation | Gyroskop aus mehreren elementen |
JPH11237247A (ja) * | 1998-02-19 | 1999-08-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 角速度センサ及びその製造方法 |
JP3123503B2 (ja) * | 1998-03-16 | 2001-01-15 | 株式会社村田製作所 | 角速度センサ |
JP3106395B2 (ja) * | 1998-07-10 | 2000-11-06 | 株式会社村田製作所 | 角速度センサ |
-
1999
- 1999-09-24 US US09/405,721 patent/US6257059B1/en not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-09-07 GB GB0207952A patent/GB2371363B/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-09-07 EP EP06022954A patent/EP1744121B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-09-07 WO PCT/US2000/040841 patent/WO2001022094A2/en active IP Right Grant
- 2000-09-07 EP EP00972397A patent/EP1216397B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-09-07 DE DE60032373T patent/DE60032373T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-09-07 JP JP2001525413A patent/JP5123455B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2000-09-07 CA CA002385873A patent/CA2385873C/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-09-07 AU AU11065/01A patent/AU1106501A/en not_active Abandoned
-
2003
- 2003-01-24 HK HK03100649.2A patent/HK1048659B/zh not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007009218B4 (de) * | 2006-02-28 | 2014-06-26 | Denso Corporation | Winkelgeschwindigkeitssensor und Verfahren zu dessen Betrieb |
DE102007054505B4 (de) * | 2007-11-15 | 2016-12-22 | Robert Bosch Gmbh | Drehratensensor |
US9593949B2 (en) | 2007-11-15 | 2017-03-14 | Robert Bosch Gmbh | Yaw-rate sensor |
US9593948B2 (en) | 2007-11-15 | 2017-03-14 | Robert Bosch Gmbh | Yaw-rate sensor |
US9689676B2 (en) | 2007-11-15 | 2017-06-27 | Robert Bosch Gmbh | Yaw-rate sensor |
DE102008044053B4 (de) | 2008-11-25 | 2022-07-14 | Robert Bosch Gmbh | Quadraturkompensation für einen Drehratensensor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
HK1048659A1 (en) | 2003-04-11 |
CA2385873A1 (en) | 2001-03-29 |
EP1216397B1 (de) | 2006-12-13 |
EP1216397A2 (de) | 2002-06-26 |
AU1106501A (en) | 2001-04-24 |
EP1216397A4 (de) | 2003-02-05 |
EP1744121A1 (de) | 2007-01-17 |
GB2371363B (en) | 2004-03-03 |
GB0207952D0 (en) | 2002-05-15 |
DE60032373D1 (de) | 2007-01-25 |
HK1048659B (zh) | 2004-09-10 |
JP5123455B2 (ja) | 2013-01-23 |
WO2001022094A3 (en) | 2001-11-08 |
EP1744121B1 (de) | 2011-05-11 |
GB2371363A (en) | 2002-07-24 |
CA2385873C (en) | 2009-03-24 |
US6257059B1 (en) | 2001-07-10 |
WO2001022094A2 (en) | 2001-03-29 |
JP2003510573A (ja) | 2003-03-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE60032373T2 (de) | Mikromechanisch hergestellter stimmgabelkreisel und zugehöriges dreiachsiges inertialmesssystem zur messung von drehungen ausserhalb der ebene | |
DE69223796T2 (de) | Mikromechanischer drehgeschwindigkeitssensor nach dem stimmgabel-prinzip | |
DE69831143T2 (de) | Stimmgabelkreisel mit spaltelekrode | |
DE69735759T2 (de) | Mikrogefertigter vibrationsdrehgeschwindigkeitskreisel | |
DE102007054505B4 (de) | Drehratensensor | |
EP0828992B1 (de) | Mikromechanischer drehratensensor | |
DE10107327B4 (de) | Zur Verhinderung einer unnötigen Oszillation geeigneter Winkelgeschwindigkeitssensor | |
DE19641284C1 (de) | Drehratensensor mit entkoppelten orthogonalen Primär- und Sekundärschwingungen | |
DE69822756T2 (de) | Mikromechanischer Schwingkreisel | |
DE69719012T2 (de) | Monolithischer Drehgeschwindigkeitssensor mit Schwingbalken | |
DE4242557A1 (de) | Integriertes monolithisches Gyroskop/Beschleunigungsmesser mit logischen Schaltkreisen | |
DE69010609T2 (de) | Vibrationskreisel. | |
DE19801981C2 (de) | Winkelgeschwindigkeitssensor vom Vibrationstyp | |
DE3719037A1 (de) | Vibrierender beschleunigungsmesser-multisensor | |
EP2475960A1 (de) | Doppelaxialer, schockrobuster, drehratensensor mit ineinanderliegenden, linear schwingenden seismischen elementen | |
DE69306314T2 (de) | Winkelgeschwindigkeitsmessaufnehmer sowie Methode zu seiner Herstellung | |
DE3417858A1 (de) | Winkelgeschwindigkeits-fuehlsystem | |
DE10110973A1 (de) | Piezoelektrischer Schwingungsgyroskop und Verfahren zum Einstellen von Resonanzfrequenzen desselben | |
DE10006933A1 (de) | Mikrokreisel | |
EP0765464B1 (de) | Drehratensensor | |
DE10203515A1 (de) | Mikromechanischer Drehratensensor | |
DE102008044137A1 (de) | Gierratensensor, der eine akustische Oberflächenwelle verwendet | |
DE69413792T2 (de) | Mikromechanischer Stimmgabelumdrehungsmesser mit kammförmigen Antriebselemente | |
DE69621372T2 (de) | Vibrationskreisel | |
DE19937747A1 (de) | Mechanischer Resonator für Rotationssensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8364 | No opposition during term of opposition |