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Die
Erfindung betrifft die für
die Messung von Winkelgeschwindigkeiten bestimmten Trägheitssensoren
oder Gyrometer, und genauer die Gyrometer, die gemäß Ätzungstechnologien,
Beschichtungen, Dotierungen usw. mikrobearbeitet werden ähnlich denjenigen,
die auf dem Gebiet der elektronischen integrierten Schaltungen verwendet
werden.
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Es
sind bereits solche mikrobearbeiteten Trägheitssensoren bekannt, die
auf einer Silicium- oder Quarzplatte hergestellt werden. Die Struktur
ist eben in der Ebene der Silicium- oder Quarzplatte, in die sie
geätzt
wird.
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Es
wurden bereits Strukturen mit zwei vibrierenden Massen hergestellt,
die mechanisch nach Art einer Stimmgabel gekoppelt sind. Die Struktur
eines so hergestellten Gyrometers weist typischerweise zwei in Vibration
angeregte und wie eine Stimmgabel verbundene bewegliche Massen auf,
d.h. dass die zwei Massen mit einer zentralen Kopplungsstruktur verbunden
sind, die die Vibrationsenergie der ersten Masse auf die zweite überträgt und umgekehrt.
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Die
Massen werden von einer elektrischen Anregungsstruktur in der Ebene
der Platte in Vibration angeregt. Diese Vibration in der Ebene der
Platte erfolgt lotrecht zu einer so genannten "empfindlichen Achse" des Gyrometers, die lotrecht zur Richtung dieser
Vibration liegt. Wenn das Gyrometer mit einer gewissen Winkelgeschwindigkeit
um seine empfindliche Achse dreht, erzeugt die Zusammensetzung der erzwungenen
Vibration mit dem Winkeldrehungsvektor durch Coriolis-Effekt Kräfte, die
die beweglichen Massen in natürliche
Vibration lotrecht zur Anregungsvibration und zur Drehachse versetzen;
die Amplitude dieser natürlichen
Vibration ist proportional zur Drehgeschwindigkeit.
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Die
natürliche
Vibration wird von einer elektrischen Erfassungsstruktur erfasst.
Die daraus resultierenden elektrischen Signale werden ausgewertet, um
daraus einen Wert der Winkelgeschwindigkeit um die empfindliche
Achse abzuleiten.
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In
manchen Fällen
befindet sich die empfindliche Achse in der Ebene der Platte, und
die Erfassungsstruktur erfasst eine Bewegung lotrecht zur Ebene
der beweglichen Massen. In anderen Fällen ist die empfindliche Achse
des Gyrometers die Achse Oz lotrecht zur Ebene der Platte. Die Anregungsbewegung
der beweglichen Massen wird in einer Richtung Ox der Ebene erzeugt,
während
eine aus der coriolis-Kraft resultierende Bewegung in einer Richtung Oy
der gleichen Ebene, lotrecht zur Ox, erfasst wird.
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Die
Massen können
gemäß zwei orthogonalen
Vibrationsmodi vibrieren, dem auch primärer Modus genannten Anregungsmodus
und dem auch sekundärer
Modus genannten Erfassungsmodus.
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Der
Aufbau als Stimmgabel hat einen Nachteil: Der sekundäre Modus
ist nicht dynamisch ausgeglichen. Daher überträgt dieser Modus ein Moment auf
den Träger
der Stimmgabel, was diesen Modus für die Bedingungen der Befestigung
am Träger
und für
die vom Träger übertragenen äußeren Störungen empfindlich
macht.
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Um
diesem Problem abzuhelfen, besteht eine Lösung darin, den sekundären Modus
zu isolieren, indem eine Struktur mit doppelter Stimmgabel verwendet
wird, wie in
1 dargestellt. Im primären Modus
vibrieren die zwei Stimmgabeln gegenläufig, d.h., wenn die zwei Schenkel
einer Stimmgabel "eingehend" sind, sind die zwei
anderen "ausgehend". Wenn das Gyrometer
um die Achse des Fußes
der doppelten Stimmgabel dreht, haben die auf jedem der Schenkel
erzeugten coriolis-Kräfte
ein resultierendes Moment Null und übertragen also keine Kraft auf
den Fuß der
doppelten Stimmgabel: Der sekundäre
Modus, dessen Bewegung in
1 angezeigt ist,
ist dann wenig empfindlich für
die äußeren Störungen für und die
Befestigungsbedingungen am Träger.
Eine solche Struktur ist in dem Patent
EP 0 578 519 beschrieben.
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Diese
Struktur mit doppelter Gabel hat den Nachteil, dreidimensional zu
sein; sie kann nur durch übliche
Techniken und nicht durch kollektive Techniken der Mikrobearbeitung
hergestellt werden, was ihre Herstellung teuer macht.
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Ein
Ziel der Erfindung ist es, eine Gyrometer-Struktur mit doppelter
Stimmgabel von weniger teurer Herstellung anzubieten. Ein weiteres
Ziel ist es, eine Struktur anzubieten, die ebenfalls eine Drehungsmessung
mit einer sehr guten Empfindlichkeit, eine sehr gute Linearität und minimale
Störungen aufgrund
der Anregungsbewegung oder anderer Wirkungen ermöglicht.
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Um
dieses Ziel zu erreichen, schlägt
die Erfindung ein Gyrometer mit vibrierender Struktur vor, das durch
Mikrobearbeitung in einer dünnen
ebenen Platte hergestellt wird, hauptsächlich dadurch gekennzeichnet,
dass es vier bewegliche Einheiten aufweist, die an den Eckpunkten
eines virtuellen Rechtecks angeordnet sind, wobei jede bewegliche
Einheit von einer Kopplungsstruktur mit zwei beweglichen Einheiten
gekoppelt wird, die sich an benachbarten Eckpunkten befinden, um
einen Transfer mechanischer Vibrationsenergie zwischen ihnen zu
ermöglichen,
wobei jede bewegliche Einheit ein mit der Kopplungsstruktur verbundenes
erstes bewegliches Trägheitselement,
das dazu bestimmt ist, gemäß zwei orthogonalen
Richtungen in der Ebene der Platte zu vibrieren, nämlich einer
ersten, so genannten Anregungsrichtung und einer zweiten, so genannten Erfassungsrichtung,
und ein zweites bewegliches Element aufweist, das dazu bestimmt ist,
gemäß der Erfassungsrichtung
zu vibrieren, ohne eine Bewegung des zweiten Elements gemäß der Anregungsrichtung
zu erlauben, und einerseits mit dem ersten beweglichen Element und
andererseits mit Verankerungszonen über Verbindungsmittel verbunden
ist, die die Übertragung
der Vibrationsbewegung des ersten beweglichen Elements gemäß der Erfassungsrichtung
auf das zweite bewegliche Element erlauben.
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Gemäß einem
Merkmal der Erfindung ist das erste bewegliche Element ein vorzugsweise
rechteckiger Rahmen, der das zweite bewegliche Element umgibt, das
durch die Bezeichnung Erfassungsmasse bezeichnet ist.
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Die
Erfassungsmasse ist vorteilhafterweise mit dem Rahmen über mindestens
zwei erste schmale und längliche
Biegearme verbunden, die eine große Festigkeit gegenüber der
Längung
in der Erfassungsrichtung und eine geringe Steifigkeit in der Anregungsrichtung
aufweisen, und die Erfassungsmasse ist mit mindestens einer Verankerungszone über mindestens
zwei zweite schmale und längliche
Biegearme verbunden, die eine große Festigkeit gegenüber der
Längung
in der Anregungsrichtung und eine geringe Steifigkeit in der Erfassungsrichtung
aufweisen.
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Die
Seiten des Rechtecks sind vorzugsweise parallel zu Ox bzw. Oy.
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Gemäß einem
Merkmal der Erfindung weist das Gyrometer eine Symmetrieachse A3
auf, die sich in der Ebene der Platte und gemäß Oy befindet, so dass die
Anregungsvibrationen der ersten beweglichen Elemente von zwei beweglichen
Einheiten, die sich auf einer Seite der Achse A3 befinden, bezüglich der
Anregungsvibrationen der ersten beweglichen Elemente der zwei anderen
beweglichen Einheiten symmetrisch sind, die sich auf der anderen
Seite dieser Achse A3 befinden.
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Desgleichen
weist es eine Symmetrieachse A4 auf, die sich in der Ebene der Platte
und gemäß Ox befindet,
so dass die Erfassungsvibrationen der zweiten beweglichen Elemente
von zwei beweglichen Einheiten, die sich auf einer Seite der Achse
A4 befinden, bezüglich
der Erfassungsvibrationen der zweiten beweglichen Elemente der zwei
anderen beweglichen Einheiten symmetrisch sind, die sich auf der
anderen Seite dieser Achse A4 befinden.
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Das
Rechteck kann ein Quadrat sein, dessen Diagonalen parallel zu Ox
bzw. Oy sind.
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Die
beweglichen Einheiten sind dann so angeordnet, dass die Anregungsrichtung
für zwei
erste Elemente, die sich an den Spitzen der Diagonale gemäß Ox befinden,
parallel zu Ox ist, und für
die zwei ersten Elemente, die sich an den Spitzen der Diagonale
gemäß Oy befinden,
parallel zu Oy ist, oder sind um 90° geschwenkt.
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Gemäß einem
Merkmal der Erfindung weist das Gyrometer eine Symmetrieachse A3
auf, die sich in der Ebene der Platte befindet und mit einem Winkel
von ± 45° bezüglich Ox
ausgerichtet ist, so dass die Anregungsvibrationen der ersten beweglichen Elemente
von zwei beweglichen Einheiten, die sich auf einer Seite der Achse
A3 befinden, bezüglich
der Anregungsvibrationen der ersten beweglichen Elemente der zwei
anderen beweglichen Einheiten symmetrisch sind, die sich auf der
anderen Seite dieser Achse A3 befinden.
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Desgleichen
weist es eine Symmetrieachse A4 auf, die sich in der Ebene der Platte
befindet und mit einem Winkel von ± 45° bezüglich Ox ausgerichtet ist,
so dass die Erfassungsvibrationen der zweiten beweglichen Elemente
von zwei beweglichen Einheiten, die sich auf einer Seite der Achse
A4 befinden, bezüglich
der Erfassungsvibrationen der zweiten beweglichen Elemente der zwei
anderen beweglichen Einheiten symmetrisch sind, die sich auf der
anderen Seite dieser Achse A4 befinden.
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Das
Patent
US 6 134 961 beschreibt
eine Vorrichtung zur Messung der Winkelgeschwindigkeit, und genauer
ein Gyrometer mit vibrierender Struktur, das durch Mikrobearbeitung
in einer ebenen dünnen Platte
hergestellt wird. Ein erstes bewegliches Element, das mit der Kopplungsstruktur
verbunden ist, ist dazu bestimmt, in einer einzigen, so genannten Anregungsrichtung
zu vibrieren. Ein zweites bewegliches Element vibriert in beide
Richtungen; es ist nicht mit Verankerungszonen verbunden, sondern
mit dem ersten beweglichen Element über Verbindungsmittel verbunden,
die die Übertragung
der Anregungsbewegung vom ersten beweglichen Element ermöglichen
und die Erfassungsbewegung erlauben.
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Die
Patentanmeldung US 2002/0046602 betrifft mikrobearbeitete Gyroskope,
die zwei koplanare Körper
aufweisen, die mit einem Substrat verbunden und in ihrer jeweiligen
Ebene bezüglich
des Substrats beweglich sind.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
ausführlichen
Beschreibung hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel dient und
sich auf die beiliegenden Zeichnungen bezieht. Es zeigen:
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die
bereits beschriebene 1 schematisch eine dreidimensionale
Struktur mit doppelter Stimmgabel, die eine doppelte Gabel aufweist,
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die 2a und 2b schematisch
eine erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Gyrometers,
dessen bewegliche Einheiten an den Eckpunkten eines Rechtecks angeordnet
sind, wobei der Anregungsmodus bzw. der Erfassungsmodus in den 2a bzw. 2b dargestellt
sind,
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3 schematisch
im Detail eine Trägheitseinheit,
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die 4, 5 und 6 schematisch
verschiedene Versteifungselemente, die mit den Trägheitseinheiten
eines Mikro-Gyrometers gemäß der ersten
Ausführungsform
verbunden sind,
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die 7a und 7b schematisch
eine zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Gyrometers,
dessen bewegliche Einheiten an den Eckpunkten eines Quadrats angeordnet
sind und eine erste Ausrichtung aufweisen, und wobei die Modi der
Anregung und der Erfassung in den 7a bzw. 7b dargestellt
sind,
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die 8a und 8b schematisch
eine zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Gyrometers,
dessen bewegliche Einheiten an den Eckpunkten eines Quadrats angeordnet
sind und eine zweite Ausrichtung aufweisen, wobei die Modi der Anregung
und der Erfassung in den 8a bzw. 8b dargestellt
sind,
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die 9, 10 und 11 schematisch verschiedene
Versteifungselemente, die mit den Trägheitseinheiten eines Mikro-Gyrometers
gemäß der zweiten
Ausführungsform
verbunden sind,
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12 schematisch
ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Gyrometers,
dessen bewegliche Einheiten an den Eckpunkten eines Rechtecks angeordnet
sind.
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Eine
dünne ebene
Platte aus Silicium wird erfindungsgemäß bearbeitet, um ein Gyrometer
zu bilden, dessen empfindliche Achse lotrecht zur Ebene der Platte
ist.
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Das
Silicium wird als bevorzugtes Material gewählt, einerseits wegen seiner
mechanischen Eigenschaften und andererseits wegen seiner hohen Leitfähigkeit,
wenn es ausreichend mit einer geeigneten Verunreinigung (im Allgemeinen
Bor für
Silicium vom Typ P) dotiert ist. Das leitende Silicium ermöglicht es,
die elektrischen Funktionen des Gyrometers und insbesondere die
Funktionen der Anregung und die Funktionen der Erfassung zu realisieren;
diese Funktionen werden von ineinandergreifenden kapazitiven Kämmen durchgeführt, die
mit elektrischem Strom oder elektrischer Spannung gespeist werden; die
Zinken dieser Kämme,
die direkt im leitenden Silicium hergestellt werden, dienen als
Kondensatorbeläge,
die für
die Funktionen der Anregung und die Funktionen der Erfassung nützlich sind.
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Die
Dicke der ursprünglichen
Siliciumplatte beträgt
zum Beispiel einige Hundert Mikrometer; die Platte weist einerseits
feste Verankerungszonen, die in dieser Dicke geformt sind, und andererseits
die eigentliche vibrierende Struktur auf, die bezüglich der Verankerungszonen
frei und auf einer geringeren Dicke hergestellt ist, zum Beispiel
auf einer Dicke von etwa sechzig Mikrometer, isoliert vom Rest der
Dicke der Platte durch einen schmalen Zwischenraum. In dieser Dicke
von etwa sechzig Mikrometern wird die Siliciumplatte durch Mikrobearbeitung
gemäß den gewünschten
Mustern der Erfassungsmasse, des beweglichen Rahmens, der Kopplungsstruktur,
der Biegearme und der ineinandergreifenden Kämme ausgeschnitten.
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Die
Bearbeitung der Struktur kann durchgeführt werden, indem als Ursprungssubstrat
ein Siliciumsubstrat auf einem Isolator verwendet wird, aber andere
Methoden sind ebenfalls möglich.
Ein Siliciumsubstrat auf einem Isolator besteht aus einem Siliciumsubstrat
mit einer Dicke von einigen Hundert Mikrometern, das auf seiner Vorderseite
eine dünne Schicht
von Siliciumoxid trägt,
die selbst mit einer Schicht aus monokristallinem Silicium einer
Dicke von einigen zehn Mikrometern bedeckt ist. Die Bearbeitung
besteht darin, das Silicium des Substrats über seine Vorderseite gemäß den gewünschten Oberflächenmustern
mittels in der Mikroelektronik üblichen
Techniken des Photoätzens
bis zum Erreichen der Oxidschicht mit einem selektiven Ätzprodukt
zu ätzen,
das das Silizium ätzt,
ohne das Oxid signifikant zu ätzen.
Man beendet das Ätzen,
wenn die Oxidschicht blankgelegt ist. Diese Oxidschicht wird anschließend durch
selektives Ätzen
mit einem anderen Produkt entfernt, um nur die Oberflächenschicht
aus monokristallinem Silicium zu behalten, außer an der Stelle der Verankerungszonen,
wo die Oxidschicht bestehen bleibt und eine feste Verbindung zwischen
dem Substrat und der Oberflächenschicht
aus monokristallinem Silicium formt. Die Bearbeitung über die
Vorderseite definiert die verschiedenen Ausschnitte der beweglichen
Teile. Es sind also diese Oberflächenmuster,
Verankerungszonen und Ausschnitte der beweglichen Teile, die man
in den Figuren sieht.
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Die
allgemeine Struktur des Gyrometers ist eine Struktur vom Typ doppelte
Stimmgabel, d.h. eine symmetrische Struktur mit vier beweglichen Trägheitseinheiten,
die paarweise in Gegenphase vibrieren, wobei diese beweglichen Einheiten
miteinander über
eine Kopplungsstruktur verbunden sind, die dazu dient, die mechanischen
Vibrationsenergien der vier Einheiten ohne Verluste von einer Einheit
zur anderen zu übertragen.
Die Trägheitseinheiten
befinden sich an den Eckpunkten eines virtuellen Rechtecks, das
ein Quadrat sein kann. Die Symmetrie der Struktur ist eine Symmetrie
bezüglich
einer Achse A1 und bezüglich
einer Achse A2, die sich in der Ebene der Platte befinden, wobei
A2 lotrecht zu A1 liegt, mit in den beiden Fällen zwei beweglichen Einheiten
auf jeder Seite der Achse.
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Außerdem weist
jeder Vibrationsmodus eine Symmetrieachse auf: eine Achse A3 für den Anregungsmodus
und eine Achse A4 für
den Erfassungsmodus, die sich in der Ebene der Platte befinden,
und derart, dass zwei bewegliche Einheiten, die sich auf einer Seite
der Achse A3 bzw. A4 befinden, symmetrisch bezüglich der zwei anderen beweglichen
Einheiten vibrieren, die sich auf der anderen Seite dieser Achse
befinden. Wie man nachfolgend sehen wird, können diese Achsen A3 und A4
mit A1 oder A2 zusammenfallen.
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Jede
Trägheitseinheit
weist als erstes bewegliches Element einen Trägheitsrahmen und als zweites
bewegliches Element eine zentrale bewegliche Trägheitsmasse auf, die vom Rahmen
umgeben wird.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
sind die Trägheitseinheiten 1a, 1b, 1c, 1d an
den Eckpunkten eines virtuellen Rechtecks 200 angeordnet, dessen
Seiten parallel zu Ox bzw. Oy sind, wie in den 2a und 2b dargestellt
ist. Die Achsen A1 und A2 sind in diesen Figuren angezeigt.
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Nachfolgend
werden die den Bezugszeichen zugeordneten Indices a, b, c oder d
dann verwendet, wenn es nützlich
ist, die Position der mit Bezugszeichen versehenen Elemente bezüglich des
virtuellen Rechtecks 200 zu präzisieren.
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Die
vier Trägheitseinheiten
weisen die gleiche Struktur auf, die allgemein mit dem Bezugszeichen
1 bezeichnet ist.
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Nun
wird im Einzelnen eine Trägheitseinheit 1 in
Verbindung mit 3 beschrieben; bestimmte Elemente
sind nur in dieser Figur dargestellt, um die anderen nicht zu überladen.
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Die
auch als Erfassungsmasse bezeichnete bewegliche Trägheitsmasse 30 kann
sich nur in einer Erfassungsrichtung verschieben, zum Beispiel Oy (senkrechte
Achse in der Figurenebene); der Trägheitsrahmen 50 kann
sich gemäß der Achse
Oy und gemäß einer
Achse Ox lotrecht zu Oy verschieben, die sich ebenfalls in der Ebene
der Figur befindet. Die empfindliche Achse des Gyrometers ist eine
Achse Oz lotrecht zur Ebene der Platte. Man regt eine Vibration
des Trägheitsrahmens 50 in
der Richtung Ox an; wenn das Gyrometer um seine empfindliche Achse
Oz dreht, wird eine Vibration des Rahmens gemäß der Achse Oy erzeugt. Diese
Vibration gemäß Oy wird
auf die Masse 30 übertragen,
während
die Vibration gemäß Ox nicht übertragen
wird. Wie man sehen wird, ist eine Vibrationsanregungsstruktur dem Rahmen 50 zugeordnet,
und eine Vibrationserfassungsstruktur ist der Erfassungsträgheitsmasse 30 zugeordnet.
Die Kopplungsstruktur (in 3 nicht dargestellt) überträgt die mechanische
Vibrationsenergie der beweglichen Trägheitseinheit von einer Seite
der Achse A3 und der Achse A4 zur anderen sowohl für die Vibrationen
parallel zu Ox als auch für
die Vibrationen parallel zu Oy, da diese Kopplungsstruktur direkt
mit den Rahmen der vier Trägheitseinheiten 1a, 1b, 1c, 1d verbunden
ist, die gleichzeitig in Richtungen parallel zu Ox und zu Oy vibrieren
können.
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Unabhängig davon,
ob es sich um den Anregungsmodus oder den Erfassungsmodus handelt,
ist schließlich
jeder Rahmen 50 dazu bestimmt, in Gegenphase zu den Rahmen 50 der
Einheiten zu vibrieren, die sich an den zwei benachbarten Eckpunkten des
Rechtecks befinden, wie in 2a für den Anregungsmodus
dargestellt ist. Im Erfassungsmodus ist jede Erfassungsmasse 30 dazu
bestimmt, in Gegenphase zu den Massen 30 der Einheiten
zu vibrieren, die sich an den benachbarten Eckpunkten des Rechtecks
befinden, wie in 2b dargestellt.
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Bezüglich der
Vibrationen selbst fällt
die in 2a dargestellte Symmetrieachse
A3 (bezüglich des
Anregungsmodus) mit A1 zusammen, und die in 2b dargestellte
Symmetrieachse A4 (bezüglich des
Erfassungsmodus) fällt
mit A2 zusammen. Außerdem
ist die Achse der Vibrationen lotrecht zu den Achsen A3 oder A4.
So ist die Resultierende der auf den Träger übertragenen Kräfte Null,
was zu einer guten Isolierung des sekundären Modus führt.
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Wie
man in 3 sieht, ist die Erfassungsmasse 30 mit
festen Verankerungszonen über
mindestens zwei Biegearme verbunden, die konzipiert sind, um eine
Verschiebung der Masse gemäß Oy zu erlauben,
aber jede signifikante Bewegung der Masse in der Richtung Ox zu
verhindern. Diese Arme befinden sich vorzugsweise zu beiden Seiten
einer Symmetrieachse 32 der Masse parallel zu Ox. Es gibt dann
zwei Verankerungszonen 34 und 36 zu beiden Seiten
der Erfassungsmasse symmetrisch bezüglich dieser Symmetrieachse 32.
Außerdem
befinden diese Zonen sich vorzugsweise auf einer anderen Symmetrieachse 38 der
Masse, einer Achse, die parallel zu Oy ist. Die Biegearme, die die
Masse 30 mit den Zonen 34 und 36 verbinden,
sind Arme, die sich in der Richtung Ox erstrecken, um eine große Steifheit (große Festigkeit
gegenüber
der Längung)
in dieser Richtung aufzuweisen. Sie sind außerdem sehr schmal bezüglich ihrer
Länge,
um eine geringe Steifheit in der Richtung Oy lotrecht zu Ox zu haben;
diese geringe Steifheit erlaubt eine Verschiebung der Masse gemäß Oy.
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Um
sowohl eine große
Steifheit oder Längungsfestigkeit
in einer Richtung als auch eine geringe Steifheit in der Richtung
lotrecht in der gleichen Ebene zu erhalten, genügt es, dass die Arme eine globale
Länge aufweisen,
die mindestens fünfmal
so groß ist
wie ihre Breite. Es handelt sich hier um relative Steifheiten, da
die absolute Steifheit natürlich
von den absoluten Abmessungen der Arme abhängt.
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Es
gibt vorzugsweise eher vier Biegearme als zwei, wobei die Masse
mit der Verankerungszone 34 über zwei Arme 40 und 42 in
gegenseitiger Verlängerung
zu beiden Seiten der Zone 34 verbunden ist; die Masse ist
außerdem
mit der zweiten Verankerungszone 36 über zwei Arme 44 und 46 in
der gegenseitigen Verlängerung
zu beiden Seiten der Zone 36 verbunden.
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Wie
man in 3 sieht, führt
man in der Praxis, um in der Richtung Oy Raum zu gewinnen, ohne die
Abmessung der Masse in dieser Richtung signifikant zu verringern,
einen Schnitt in der Masse um die Verankerungszone herum durch;
um die Biegsamkeit der Biegearme in der Richtung Oy zu maximieren,
indem das Verhältnis
zwischen der Länge
und der Breite dieser Arme erhöht
wird, verbindet man jeden Arm einerseits in der Nähe einer
Endecke der Masse (die Masse hat eine im Prinzip allgemein rechteckige Form)
und andererseits mit der Verankerungszone, die sich auf der Symmetrieachse 38 befindet.
Es ist anzumerken, dass man auch in Betracht ziehen könnte, den
Armen 40, 42, 44, 46 eine umgebogene Form
mit zwei in der Richtung Oy liegenden Schenkeln geben könnte, wobei
die Arme dann an der Masse näher
an der zentralen Verankerungszone befestigt sind. Es ist auch anzumerken,
dass man anstelle einer zentralen Verankerungszone, die sich in
der Mitte einer Seite der Erfassungsmasse befindet, zwei Verankerungszonen
haben könnte,
die sich eher in der Nähe
der Endecken der Masse zu beiden Seiten der Achse 38 befinden.
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Der
bewegliche Rahmen 50 umgibt vorzugsweise die Masse 30 vollständig. Die
Masse 30 ist mit dem Rahmen 50 über mindestens
zwei Biegearme verbunden, die die Besonderheit haben, eine sehr große Steifheit
(sehr große
Längungsfestigkeit)
in der Richtung Oy und eine geringe Steifheit in der Richtung Ox
aufzuweisen. Diese Arme erstrecken sich in der Richtung Oy und haben
eine geringe Breite im Vergleich mit ihrer Länge, um diese Steifheitsdifferenz
aufzuweisen.
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Es
gibt vorzugsweise vier Biegearme dieses Typs zwischen der Masse 30 und
dem Rahmen 50, wobei die Arme sich in der Praxis je an
einer Ecke der Erfassungsmasse befinden, wenn sie eine allgemein rechteckige
Form hat. Sie sind symmetrisch einerseits bezüglich der Symmetrieachse 32 der
Masse (Achse parallel zu Ox) und andererseits bezüglich der
Symmetrieachse 38 (parallel zu Oy) angeordnet.
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Diese
Arme sind mit den Bezugszeichen 52, 54, 56, 58 versehen.
Sie haben vorzugsweise eine U-förmig
umgebogene Form, um ihre Längsabmessung
zu halbieren, ohne ihre Nutzlänge
signifikant zu reduzieren, also ohne das hohe Verhältnis zwischen ihrer
Steifheit gemäß Oy und
ihrer Steifheit gemäß Ox signifikant
zu verringern. Die zwei umgebogenen Arme des U liegen parallel zu
Oy und sind miteinander über
ein kurzes Verbindungselement verbunden. Die Arme 52 bis 58 könnten aber
nicht umgebogen sein und sich vollständig in der Richtung Oy zwischen dem
Rahmen und der Masse erstrecken. Das Umbiegen ermöglicht es,
Platz zu sparen, ohne die gewünschten
mechanischen Eigenschaften signifikant zu verändern.
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Wenn
die Arme wie in 3 umgebogen sind, sollte vorzugsweise
außerdem
das kurze Verbindungselement (das die zwei Zweige des U verbindet)
eines ersten Arms 52 mit dem entsprechenden kurzen Element
des Arms 54 verbunden werden, der bezüglich der Achse 38 symmetrisch
zum Arm 52 ist. Ein Querträger 60 ist zu diesem
Zweck parallel zu Ox vorgesehen, um den Boden des U des Verbindungsarms 52 mit
dem Boden des U des Biegearms 54 zu verbinden, wobei die
Arme 52 und 54 bezüglich der Achse 38 symmetrisch
sind. Ein gleicher Querträger 62 symmetrisch
zum Querträger 60 bezüglich der Achse 32 verbindet
die symmetrischen Elemente 56 und 58. Diese Querträger 60 und 62 parallel
zu Ox verstärken
die Übertragungssymmetrie
einer Bewegung gemäß Oy, die
vom beweglichen Rahmen 50 der Masse 30 auferlegt
wird. Sie sind nicht vorhanden, wenn die Arme 52, 54, 56, 58 keine
umgebogene Form haben, da in diesem Fall die Enden der Arme 52 und 54 bereits
steif vom Rahmen 50 selbst verbunden würden.
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Wie
man in 3 sieht, wird die in Form eines liegenden U umgebogene
Form der Biegearme zwischen dem beweglichen Rahmen 50 und
der Erfassungsmasse 30 durch Ausschnitte im beweglichen
Rahmen und in der Erfassungsmasse erhalten, aber allgemein gehen
die Biegearme in etwa von einer inneren Ecke des Rahmens zu einer
gegenüber liegenden
Ecke der Masse, selbst wenn der effektive Befestigungspunkt des
Arms am Rahmen oder an der Masse nicht genau von dieser Ecke ausgeht. Man
kann annehmen, dass die Masse global über ihre vier Ecken am beweglichen
Rahmen aufgehängt ist.
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Der
Rahmen 50 wird gemäß Ox durch
eine erste Struktur in Form eines ineinandergreifenden Kamms 70 in
Vibration angeregt, die einen festen Halbkamm 72, der an
einer Verankerungszone 74 befestigt ist, und einen beweglichen
Halbkamm 76 aufweist, der entlang einer ersten Seite (parallel
zu Oy) des Rahmens 50 gebildet ist. Die Zinken oder Finger
des festen Halbkamms 72 aus leitendem Silicium, der zur
gleichen Zeit bearbeitet wird wie die anderen Elemente des Gyrometers,
bilden den ersten Belag eines Kondensators, und die Zinken oder
Finger des beweglichen Halbkamms 76 ebenfalls aus leitendem
Silicium bilden den zweiten Belag dieses Kondensators. Üblicherweise
wirkt die kammförmige Struktur
als Erreger der Bewegung des beweglichen Teils aufgrund der Anziehungskräfte, die
zwischen den einander gegenüberliegenden
Fingern ausgeübt werden,
wenn eine Spannung zwischen die Halbkämme angelegt wird. Die Anregungsspannung
ist eine Wechselspannung, um eine Vibrationsbewegung zu erzeugen,
und die Frequenz dieser Spannung wird sehr nahe oder gleich der
mechanischen Resonanzfrequenz der Struktur gewählt. Die Anregungsspannung
wird zwischen der Verankerungszone 74 und der einen und/oder
anderen der Verankerungszonen 34 und 36 angelegt.
Der feste Halbkamm, 72 steht in direktem elektrischem Kontakt (über den
Körper
des leitenden Siliciums) mit der Verankerungszone 74; der
bewegliche Halbkamm 76 steht in Kontakt mit den Verankerungszonen 34 und 36 über die
Biegearme 52 bis 58, den Körper der Erfassungsmasse, die
Biegearme 40 bis 46, und den Rahmen 50,
so dass bei Anlegen einer Spannung zwischen der Verankerungszone 74 und
den Verankerungszonen 34 oder 36 wirklich eine
Spannung zwischen dem festen Teil und dem beweglichen Teil des Kamms 70 angelegt
wird.
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Die
auf dem Rahmen 50 erzeugte Anregungsbewegung geht in die
Richtung Ox, wobei die Kämme
durch Veränderung
der gegenseitigen Überdeckungsfläche der
ineinandergefügten
Finger wirken.
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Das
Mikro-Gyrometer weist vorzugsweise eine weitere, dem Rahmen zugeordnete
Struktur mit ineinandergreifenden Kämmen auf, die zur Struktur 70 bezüglich der
Achse 38 symmetrisch ist. Sie weist einen festen Halbkamm 82,
der an einer Verankerungszone 84 befestigt ist, und einen
beweglichen Halbkamm 86 auf, der entlang einer Seite des
Rahmens 50 ausgearbeitet ist. Diese Struktur kann als Detektor
der Bewegung des Rahmens gemäß Ox dienen.
Sie ist nützlich
für die
Regelung der Bewegung, die vom Kamm 70 angeregt wird; die
Regelung ist im Allgemeinen nützlich,
um die Anregungsfrequenz bezüglich
der Resonanzfrequenz der Struktur anzupassen. Die von der Struktur 80 erfassten
Spannungen treten zwischen der Verankerungszone 84 und
den Verankerungszonen 34 und 36 auf.
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Mindestens
ein ineinandergreifender Kamm ist der Erfassungsmasse 30 zugeordnet,
um die Bewegung der Erfassungsmasse in der Richtung Oy zu erfassen.
Die Ausrichtung dieser Kämme
hängt von dem
Prinzip ab, auf dem die Erfassung beruht: Wenn die Erfassung auf
einer Messung der Veränderungen der
einander überdeckenden
Fläche
der Finger der festen und beweglichen Halbkämme beruht, ist der Kamm zur
Erfassung der Bewegungen gemäß Oy lotrecht
zum Anregungskamm 70 angeordnet (der auch auf Veränderungen
der Überdeckungsfläche beruht).
Wenn aber die Erfassung auf einer Messung der Veränderungen
des Abstands zwischen den Fingern des festen Halbkamms und des beweglichen Halbkamms
beruht, ist der Erfassungskamm parallel zum Anregungskamm angeordnet.
Die Erfassung durch die Veränderung
des Abstands zwischen Fingern wird bevorzugt, da sie empfindlicher
ist. Das Ineinandergreifen der Kämme
ist dann in der Ruhestellung unsymmetrisch, da die Finger eines
Halbkamms nicht genau in der Mitte des Zwischenraums zwischen zwei
Fingern des anderen Halbkamms liegen, während ein auf der Basis von
Veränderungen
der Überdeckungsflächen arbeitender
Kamm (wie der Anregungskamm) die Finger eines Halbkamms in der Mitte
des Zwischenraums zwischen den Fingern des anderen Halbkamms hat.
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Dies
ist der Fall in 3: Die Erfassungskämme sind
mit der gleichen allgemeinen Ausrichtung angeordnet wie die Kämme 70 und 80,
obwohl sie einer Bewegung gemäß Oy zugeordnet
sind, während
die Kämme 70 und 80 einer
Bewegung (Anregung oder Erfassung) gemäß Ox zugeordnet sind.
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Im
Beispiel der 3 ist die Erfassungsmasse zwei
gleichen ineinandergreifenden Kämmen 90 und 100 zugeordnet,
die parallel zur Symmetrieachse 38 und zu beiden Seiten
dieser Achse angeordnet sind. Diese Kämme haben beide die gleiche
Aufgabe eines Detektors der Bewegung der Masse gemäß Oy, und
man könnte
sich in einer Variante mit einem einzigen Kamm begnügen, der
in der Mitte der Masse entlang der Achse 38 angeordnet ist.
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Der
Kamm 90 weist einen festen Halbkamm 92, der an
einer Verankerungszone 94 befestigt ist, und einen beweglichen
Halbkamm 96 auf, der Teil der Erfassungsmasse selbst ist.
Die Erfassungsmasse weist einen Ausschnitt auf, um Platz für den festen Kamm 92 und
die Verankerungszone 94 zu lassen, und die Ränder dieses
Ausschnitts sind in Form von Fingern ausgeschnitten, um den beweglichen
Halbkamm 96 zu bilden, in den sich die Finger des festen Halbkamms
einfügen.
Im dargestellten Beispiel ist der Kamm 90 doppelt, d.h.
dass zwei Seiten des Ausschnitts der Masse 30 mit Fingern
versehen sind, und der feste Halbkamm 92 weist Finger zu
beiden Seiten der Verankerungszone 94 auf.
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Die
ineinandergreifende Struktur 100 ist strikt symmetrisch
zur Struktur 90 und wird in einem anderen Ausschnitt der
Erfassungsmasse 30 geformt. Sie weist einen festen Halbkamm 102,
eine Verankerungszone 104 und einen beweglichen Halbkamm 106 auf.
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Für die Erfassung
der Bewegung gemäß Oy erfasst
eine dieser Struktur zugeordnete elektronische Schaltung die Amplitudenmodulation
der elektrischen Spannungen, die zwischen der Verankerungszone 94 und
den Verankerungszonen 34 und 36 und/oder zwischen
der Zone 104 und den Zonen 34 und 36 vorhanden
sind. Diese Modulation wird nur durch eine Verschiebung der Erfassungsmasse
gemäß der Achse
Oy verursacht, da die Masse sich nur gemäß dieser Achse verschieben
kann.
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Im
Fall einer klassischen dreidimensionalen Gyrometer-Architektur gewährleistet
der kreuzförmige
Sockel, der in 1 sichtbar ist, die Funktion
der Kopplung zwischen den verschiedenen Schenkeln der doppelten
Stimmgabel.
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Im
Fall einer zweidimensionalen Architektur besteht die Kopplungsstruktur
aus zwei Paaren von Versteifungselementen, die die Kopplung sowohl
für den
Anregungsmodus als auch für
den Erfassungsmodus gewährleisten,
und von denen mehrere Beispiele in den 4, 5 und 6 dargestellt
sind: ein Paar von ersten, in einer Richtung parallel zu Ox und
einer Richtung parallel zu Oy verformbaren Versteifungselementen 2,
die es ermöglichen,
parallel zu Ox zwei bewegliche Einheiten 1a und 1b (bzw. 1c und 1d)
zu verbinden, die sich an benachbarten Eckpunkten des Rechtecks
befinden, und ein Paar von zweiten, in einer Richtung parallel zu
Ox und einer Richtung parallel zu Oy verformbaren Versteifungselementen 3,
die es ermöglichen,
parallel zu Oy zwei bewegliche Einheiten 1a und 1d (bzw. 1b und 1c)
zu verbinden, die sich an benachbarten Eckpunkten des Rechtecks
befinden.
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Diese
Versteifungselemente 2 und 3 können mehrere Formen annehmen.
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Es
wird nun das erste Versteifungselement 2 beschrieben, das
die Einheiten 1a und 1b verbindet; man könnte es
genauso beschreiben, indem man die Indices a und b durch d bzw.
c ersetzt.
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In
den 4 und 6 weist das erste Versteifungselement 2 zum
Beispiel zwei U-förmige Arme 21a und 21b auf,
die die Innenseite parallel zu Oy der beweglichen Einheit 1a bzw. 1b umgeben
und die mit der beweglichen Einheit über kurze Verbindungsarme 64a, 64b, 66a, 66b verbunden
sind, die sich an den Enden des U befinden, wobei die Arme 64 zu
den Armen 66 bezüglich
der Symmetrieachse 32 symmetrisch sind. Diese kurzen Arme
bilden praktisch steife Verbindungen, über die die Vibrationsenergie
gemäß Ox und
Oy des Rahmens 50a (und der Erfassungsmasse 30a)
zur Kopplungsstruktur und somit zum Rahmen 50b (und zur
Erfassungsmasse 30b) übergehen
kann. Es weist ebenfalls eine doppelte Verbindungsstange 22 auf,
die als steif angesehen werden kann und die zwei Arme 21a und 21b miteinander
verbindet. Die doppelte Verbindungsstange 22 verbindet
die Seite des ersten Arms 21a mit der benachbarten Seite
des zweiten Arms 21b. Sie ist lotrecht zur Achse A1 und
auf diese Achse zentriert. Die kurze doppelte Verbindungsstange 22 kann
einfach oder durch eine weitere kurze Verbindungsstange verstärkt sein,
die sich in der Mitte der doppelten Stange 22 und ebenfalls
auf die Achse A1 zentriert befindet. Der mehr oder weniger große Abstand
jeder der die doppelte Verbindungsstange 22 bildenden Stangen
ermöglicht
eine gewisse Anpassung des Abstands zwischen den Nutzfrequenzen der
Anregung und der Erfassung des Mikro-Gyrometers.
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Gemäß einer
anderen, in 5 dargestellten Konfiguration
weist das erste Versteifungselement 2 einen einzigen Arm 21 auf,
der mindestens eine Mäanderform
beschreibt, die sich zwischen den zwei beweglichen Einheiten 1a und 1b befindet,
vorzugsweise nach außen
hin; der Arm 21 ist mit jeder beweglichen Einheit über kurze
Verbindungsarme 64a, 64b verbunden, die sich an
den Enden des Arms 21 befinden.
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Nun
wird das zweite Versteifungselement 3 in Verbindung mit
den Einheiten 1a und 1d beschrieben; man es könnte genauso
gut beschreiben, indem die Indices a und d durch b bzw. c ersetzt
werden.
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Im
Beispiel der 4 weist das zweite Versteifungselement 3 einen
Arm 31 in Form eines gemäß Ox abgeflachten Rechtecks,
das sich zwischen den zwei beweglichen Einheiten 1a und 1d befindet, und
zu beiden Seiten dieses abgeflachten Rechtecks zwei Verbindungsstangen 33a und 33d auf,
die in einer Richtung parallel zu Oy verformbar sind und je die
Mitte einer Länge
dieses abgeflachten Rechtecks 31 mit der Mitte der Seite
der beweglichen Einheit 1a bzw. 1d verbinden.
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Gemäß einer
weiteren, in 5 dargestellten Konfiguration
weist das zweite Versteifungselement 3 einen Arm 31 vorzugsweise
in Form eines liegenden T auf, wobei die Querstange des T zur Mitte der
vier Einheiten 1a, 1b, 1c und 1d hin
angeordnet ist, um den Abstand zwischen den zwei beweglichen Einheiten 1a und 1d zu
begrenzen, wobei der Arm sich durch zwei kurze steife Verbindungsarme 67a, 67d verlängert, die
je die Basis des T 31 mit einer der zwei beweglichen Einheiten 1a, 1d verbindet.
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Diese
ersten und zweiten Versteifungselemente 2 und 3 sind
nicht mit festen Verankerungszonen verbunden.
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Jeder
Rahmen 50 ist vorzugsweise mit festen Verankerungszonen über zwei
Versteifungselemente verbunden: ein drittes Versteifungselement 4, das
es ermöglicht,
den Rahmen 50 mit einer Verankerungszone 24 zu
verbinden, die sich an der Außenseite
der beweglichen Einheit parallel zu Oy auf der Achse 32 befindet,
dargestellt in den 4, 5 und 6,
und ein viertes Versteifungselement 5, das es ermöglicht,
den Rahmen mit einer Verankerungszone 25 zu verbinden,
die sich an der Außenseite
der beweglichen Einheit parallel zu Ox auf der Achse 38 befindet,
dargestellt in 6.
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Das
dritte Versteifungselement 4 weist einen U-förmigen Arm 41 auf,
der an der Basis des U mit der Verankerungszone 24 verbunden
ist und der die Außenseite
parallel zu Oy der beweglichen Einheit umgibt; er ist mit der beweglichen
Einheit über
kurze steife Arme 43, 45 verbunden, die sich an
den Enden des U befinden. Ein Ende dieses dritten Elements 4 kann
ggf. an ein Ende des ersten Versteifungselements 2 anschließen, das
nach außen
angeordnet ist, wie in den 4 und 5 dargestellt,
und ggf. an ein Ende des zweiten Versteifungselements 3 anschließen, wie
in 5 gezeigt.
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Das
in 6 dargestellte vierte Versteifungselement 5 weist
einen Arm 51 in Form eines abgeflachten Rechtecks parallel
zu Ox, und zu beiden Seiten dieses abgeflachten Rechtecks zwei steife Verbindungsstangen 53, 55 auf,
von denen eine die Mitte einer Länge
dieses abgeflachten Rechtecks 51 mit der Verankerungszone 25,
die andere die Mitte der anderen Länge des abgeflachten Rechtecks
mit dem Rahmen 50 verbindet.
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Diese
dritten und vierten Versteifungselemente 4 und 5,
die den Versteifungselementen 2 und 3 zugeordnet
sind, sind so bemessen, dass das Steifheitsmoment, das auf die Rahmen 50 wirkt
und von den Anregungs- und/oder Erfassungsvibrationen erzeugt wird,
minimal, sogar Null ist.
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In
den vorhergehenden Fällen
waren die vier beweglichen Einheiten an den Eckpunkten eines virtuellen
Rechtecks angeordnet.
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Gemäß einem
anderen Konfigurationsmodus sind sie am Eckpunkt eines virtuellen
Quadrats 300 angeordnet, dessen Diagonalen parallel zu
Ox bzw. Oy sind, wie man in den 7 bis 11 sieht.
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Jede
bewegliche Einheit weist eine Erfassungsträgheitsmasse 30 und
einen Rahmen 50 auf, wie in Verbindung mit 3 beschrieben
wurde.
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Es
sind mehrere Konfigurationen möglich.
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Wie
in den 7a und 7b dargestellt, können die
zwei virtuellen Einheiten 1d und 1b, die an den
Spitzen der Diagonale gemäß Ox angeordnet sind,
wie vorher ausgerichtet sein, d.h. dass die Anregungsrichtung parallel
zu Ox und die Erfassungsrichtung parallel zu Oy ist; während die
zwei anderen beweglichen Einheiten 1a und 1c,
die an den Spitzen der Diagonale gemäß Oy angeordnet sind, um 90° bezüglich der
vorhergehenden Ausrichtung geschwenkt haben, d.h. dass die Anregungsrichtung parallel
zu Oy und die Erfassungsrichtung parallel zu Ox ist. Dies bedeutet,
dass die beweglichen Einheiten so angeordnet sind, dass die Anregungsrichtung für die ersten
zwei Elemente 50d und 50b der Einheiten, die an
den Spitzen der Diagonale gemäß Ox angeordnet
sind, parallel zu Ox ist, und dass die Anregungsrichtung für die ersten
zwei Elemente 50a und 50c der Einheiten, die an
den Spitzen der Diagonale gemäß Oy angeordnet
sind, parallel zu Oy ist.
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Eine
weitere mögliche
Konfiguration ist in den 8a und 8b dargestellt.
Die zwei virtuellen Einheiten 1d und 1b, die an
den Spitzen der Diagonale gemäß Ox angeordnet
sind, sind so ausgerichtet, dass die Anregungsrichtung parallel
zu Oy und die Erfassungsrichtung parallel zu Ox ist; während die
zwei anderen beweglichen Einheiten 1a und 1c,
die an den Spitzen der Diagonale gemäß Oy angeordnet sind, so ausgerichtet
sind, dass die Anregungsrichtung parallel zu Ox und die Erfassungsrichtung
parallel zu Oy ist. Dies bedeutet, dass die beweglichen Einheiten
so angeordnet sind, dass die Anregungsrichtung für die zwei ersten Elemente 50d und 50b der
Einheiten, die sich an den Spitzen der Diagonale gemäß Ox befinden,
parallel zu Oy ist, und dass die Anregungsrichtung für die zwei
ersten Elemente 50a und 50c der Einheiten, die
sich an den Spitzen der Diagonale gemäß Oy befinden, parallel zu
Ox ist.
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In
der einen oder der anderen dieser Konfigurationen vibrieren die
Rahmen der zwei Einheiten 1a und 1c, die sich
an den Spitzen der Diagonale gemäß Ox befinden,
in Gegenphase zueinander, und die Rahmen der zwei anderen beweglichen
Einheiten 1b und 1d, die sich an den Spitzen der
Diagonale gemäß Oy befinden,
vibrieren ebenfalls in Gegenphase zueinander.
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Die
Achsen A1, A2, A3 und A4 sind um ± 45° zur Achse Ox ausgerichtet.
Nur die Ausrichtung + 45° ist
in den Figuren dargestellt. Außerdem
ist die Achse A3 ebenfalls Symmetrieachse für die Erfassungsvibrationen;
in gleicher Weise ist die Achse A4 ebenfalls Symmetrieachse für die Anregungsvibrationen.
Gemäß dieser
Ausführungsform
ist die Achse der Vibrationen nicht lotrecht zu den Achsen A3 oder
A4, sondern um 45° zu
diesen Achsen ausgerichtet.
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Die
Kopplungsstruktur kann in der einen oder anderen dieser Konfigurationen
mehrere Formen annehmen. Sie weist vorzugsweise ein einziges Versteifungselement 6 auf,
das sich in der Mitte der Struktur befindet, die die vier beweglichen
Einheiten 1a, 1b, 1c und 1d aufweist.
Sie weist einen einzigen Arm 61 und vier steife Verbindungsstangen 63a, 63b, 63c bzw. 63d auf,
die den Arm 61 mit einer der vier beweglichen Einheiten 1a, 1b, 1c bzw. 1d verbinden.
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Der
Arm 61 kann die Form eines Malteserkreuzes, wie im Beispiel
der 9, oder die Form eines vierblättrigen Kleeblatts haben, wie
in 10.
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Wie
in 11 dargestellt, ist jeder Rahmen 50 vorzugsweise über ein
sechstes Versteifungselement 7 mit einer festen Verankerungszone 26 verbunden,
die sich außerhalb
der Struktur befindet, die die vier beweglichen Einheiten aufweist.
Das sechste Versteifungselement 7 weist zum Beispiel einen
einzigen Arm 71 in Form eines gleichschenkligen Dreiecks
auf, dessen Basis parallel zur Seite der beweglichen Einheit ist,
und dessen dieser Basis entgegengesetzte Spitze zur Verankerungszone 26 weist.
Diese Spitze weist eine Mäanderform
auf, die zur Innenseite des Dreiecks gerichtet ist. Dieser Arm 71 ist
mit der Verankerungszone in Höhe
des Mäanders
durch eine steife Verbindungsstange 73 verbunden.
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Diese
sechsten Versteifungselemente 7, die dem Versteifungselement 6 zugeordnet
sind, haben solche Abmessungen, dass das Steifheitsmoment, das auf
die Rahmen 50 wirkt und von den Anregungs- und/oder Erfassungsvibrationen
erzeugt wird, minimal, sogar Null ist.
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Ein
Beispiel einer Konfiguration gemäß einem
virtuellen Rechteck ist in 12 dargestellt.
Das erste bewegliche Trägheitselement
und das zweite bewegliche Element fallen in der beweglichen Einheit 1 zusammen,
die mit der Kopplungsstruktur und mit Verankerungszonen verbunden
ist. Die Kopplungsstruktur weist Versteifungselemente 2 und 3 auf,
die in x-Richtung und in y-Richtung verformbar sind. Jede bewegliche
Einheit 1 ist mit einer Verankerungszone 24 über ein
in x-Richtung verformbares Versteifungselement 4 und
mit einer Verankerungszone 25 über ein in y-Richtung verformbares
Versteifungselement 5 verbunden.