FR2948460A1 - Capteur micromecanique de vitesse de rotation, notamment pour le domaine automobile - Google Patents

Abstract

Capteur micromécanique de vitesse de rotation (100, 200, 300, 400, 500) comportant : - un premier élément de capteur de vitesse de rotation (20) fournissant un premier signal de capteur (Si) contenant une information relative à une rotation autour d'un premier axe de rotation, - un second élément de capteur de vitesse de rotation (30) fournissant un second signal de capteur (S ) contenant une information relative à une rotation autour d'un second axe de rotation perpendiculaire au premier axe de rotation, - un organe de couplage (40) couplant mécaniquement le premier élément de capteur de vitesse de rotation (20) et le second élément de capteur de vitesse de rotation (30), et - un moyen d'entraînement (10) entraînant le premier élément de capteur de vitesse de rotation (20), l'entraînement du premier élément de capteur de vitesse de rotation (20) produisant également l'entraînement du second élément de capteur de vitesse de rotation (30) du fait du couplage mécanique par l'organe de couplage (40).

Description

1 Domaine de l'invention La présente invention concerne un capteur micromécanique de vitesse de rotation. Etat de la technique Les capteurs micromécaniques de vitesse de rotation s'utilisent dans le domaine automobile par exemple dans des systèmes ESP, pour la détection de mouvement de retournement ou encore pour la navigation. La fonction d'un capteur de vitesse de rotation est de mesurer correctement le mouvement du véhicule autour d'un axe de rota- tion. On connaît un capteur micromécanique de vitesse de rotation comportant un organe oscillant dans un plan x-y et développant une oscillation linéaire selon un axe (par exemple l'axe (x)) contenu dans ce plan. Dans le cas d'une rotation autour d'un axe de rotation (axe (z)) perpendiculaire au plan ci-dessus, la force de Coriolis produit un déplacement de l'organe oscillant dans une direction (axe (y)) située dans un plan perpendiculaire à l'axe d'oscillation (axe (x)). Ce décalage peut se détecter et ensuite s'exploiter à l'aide d'électrodes de mesure capacitive. Dans ce capteur de vitesse de rotation, l'axe de rotation est perpendiculaire au plan de l'organe oscillant. Un tel capteur de vitesse de rotation, est par exemple décrit dans le document DE 10 2006 047 135 Al. Un autre capteur micromécanique de vitesse de rotation comporte un organe oscillant s'étendant dans le plan x-y et qui est mis en oscillation de rotation autour d'un axe de rotation (axe (z)) perpendiculaire à ce plan. La rotation du capteur de vitesse de rotation autour de l'axe (x) ou autour de l'axe (y), provoque le basculement du capteur. Ce basculement se détecte à l'aide d'électrodes de mesure capacitives pour être ensuite exploité. Dans ce capteur de vitesse de rotation, l'axe de rotation saisi se situe dans le plan de l'organe oscillant. Un tel capteur qui peut détecter une rotation jusqu'à celle autour de deux axes de rotation, est par exemple décrit dans le document DE 10 2006 052 522 Al. Mais, pour de nombreuses applications, il suffit de détec- ter la rotation autour de deux axes de rotation. Bien plus, le mouve-

2 ment d'un organe comme par exemple celui d'un véhicule automobile se décrit par six degrés de liberté, à savoir : le mouvement le long des trois axes de l'espace ainsi qu'une rotation autour des trois axes de l'espace. De ce fait, il existe actuellement une demande de systèmes de capteur pour les véhicules automobiles, permettant de saisir les trois axes de rotation à savoir, les rotations autour de l'axe de lacet pour le système ESP, les rotations autour de l'axe de roulis pour détecter le retourne-ment du véhicule ainsi que les rotations autour d'un axe horizontal perpendiculaire à cet axe et servant à la détection de mouvements d'inclinaison. Exposé et avantages de l'invention L'invention concerne un capteur micromécanique de vitesse de rotation comportant : - un premier élément de capteur de vitesse de rotation fournissant un 15 premier signal de capteur contenant une information relative à une rotation autour d'un premier axe de rotation, - un second élément de capteur de vitesse de rotation fournissant un second signal de capteur contenant une information relative à une rotation autour d'un second axe de rotation perpendiculaire au pre- 20 mier axe de rotation, - un organe de couplage couplant mécaniquement le premier élément de capteur de vitesse de rotation et le second élément de capteur de vitesse de rotation, et - un moyen d'entraînement entraînant le premier élément de capteur 25 de vitesse de rotation, l'entraînement du premier élément de capteur de vitesse de rotation produisant également l'entraînement du second élément de capteur de vitesse de rotation du fait du couplage mécanique par l'organe de cou-plage. 30 L'invention concerne également un capteur microméca- nique de vitesse de rotation comportant : - un premier élément de capteur de vitesse de rotation fournissant un premier signal de capteur contenant une information relative à une rotation autour d'un premier axe de rotation,

3 - un second élément de capteur de vitesse de rotation fournissant un second signal de capteur contenant une information relative à une rotation autour d'un second axe de rotation perpendiculaire au premier axe de rotation, - un organe de couplage couplant mécaniquement le premier élément de capteur de vitesse de rotation et le second élément de capteur de vitesse de rotation, et - un moyen d'entraînement entraînant l'organe de couplage, - l'entraînement de l'organe de couplage par le moyen d'entraînement produisant également l'entraînement du premier et du second élé- ment de capteur de vitesse de rotation. L'idée de base de l'invention consiste à coupler mécaniquement deux ou plusieurs éléments de capteur de vitesse de rotation pour transmettre au second élément de capteur de vitesse de rotation, l'entraînement du premier élément de capteur de vitesse de rotation par l'intermédiaire d'un organe de couplage. Cela permet d'économiser au moins un entraînement avec sa commande et son alimentation électrique. En outre, les signaux de capteur fournis par les éléments de capteur de vitesse de rotation, peuvent être synchronisés du fait du couplage, en phase et fréquence. Cela permet également d'éliminer des redondances correspondantes dans l'exploitation et de prévoir simple-ment la détection d'entraînement et la détection de signal. Le premier élément de capteur de vitesse de rotation peut être un oscillateur linéaire et comporter un premier organe oscillant mis en mouvement d'oscillation linéaire par rapport à un substrat, ce mouvement étant perpendiculaire à un premier axe de rotation. Le second élément de capteur de vitesse de rotation, peut être réalisé sous la forme d'un oscillateur rotatif ayant un second organe oscillant mis en oscillation par rapport au substrat dans un mouvement d'oscillation à rotation dans un plan d'oscillation parallèle au second axe de rotation. Ainsi, le premier élément de capteur saisit des rotations autour d'un axe situé "hors du plan" et le second élément de capteur saisit des allongements autour d'un axe situé dans le plan pour que le dispositif de capteur, puisse saisir les rotations autour de deux axes perpendiculaires.

L'oscillateur linéaire et l'oscillateur de rotation s'étendent avantageuse-

4 ment dans le même plan. L'expression "s'étendre dans un plan", signifie, que l'extension dans les directions sous-tendues par les plans est significativement plus grande que l'extension dans la direction perpendiculaire au plan.

Il est avantageux que l'oscillateur rotatif génère deux signaux de capteur, le second élément de capteur de vitesse de rotation fournissant un second et un troisième signal de capteur, le second signal de capteur contenant une information relative à une rotation au-tour d'un second axe de rotation parallèle au plan d'oscillation et le troisième signal de capteur donnant une information concernant la rotation autour d'un troisième axe de rotation parallèle au plan d'oscillation et non parallèle au premier axe de rotation. Le premier élément de capteur de vitesse de rotation peut comporter deux oscillateurs linéaires et l'oscillateur de rotation est ins- tallé entre les deux oscillateurs linéaires ce qui permet d'avoir un cap- teur de vitesse de rotation particulièrement compact. Le premier élément de capteur de vitesse de rotation et le second élément de capteur de vitesse de rotation, peuvent être intégrés dans une unique puce semi-conductrice, en particulier une puce au si- licium. Il est avantageux, dans ces conditions, que les organes oscillants des éléments de capteur de vitesse de rotation, soient structurés dans la matière semi-conductrice de la puce semi-conductrice et que l'organe de couplage soit constitué par une entretoise de couplage réalisée dans la matière semi-conductrice. Cela permet un montage particu- lièrement compact. Comme les éléments de capteur de vitesse de rotation sont fabriqués en parallèle l'un par rapport à l'autre, cela correspond à une fabrication particulièrement économique. Les entretoises semi-conductrices peuvent être coudées et/ou cintrées pour minimiser la sollicitation mécanique.

Le capteur de vitesse de rotation peut comporter en outre un multiplexeur, une installation de traitement de signal et un démultiplexeur, le premier et le second élément de capteur de vitesse de rotation fournissant chacun au moins un signal de capteur contenant une information de rotation autour d'un axe de rotation pour le mufti- plexeur; le multiplexeur fournit à différents instants (par exemple de manière cyclique), l'un des signaux de capteur à l'installation de traite-ment de signal, l'installation de traitement de signal, traite le signal de capteur qu'elle reçoit et fournit le signal traité au démultiplexeur, le démultiplexeur comporte plusieurs sorties et le signal de capteur traité, 5 est transmis à différents instants (par exemple de manière cyclique) à différentes sorties, c'est-à-dire qu'il sera démultiplexé. Ainsi, pour le traitement des signaux de capteur, il n'y aura que des éléments de circuit, simples, ce qui permet une économie d'éléments de circuit et une réduction de l'encombrement sur la puce. L'installation de traitement de signal peut avantageusement être réalisée comme circuit intégré et être installée sur la même puce que le premier et le second élément de capteur. L'installation de traitement de signal comporte par exemple un démodulateur qui démodule les signaux de capteur reçus et un filtre passe-bas pour assurer le filtrage passe-bas du signal de capteur dé- modulé. Pour les caractéristiques mécaniques, il est avantageux que le premier élément de capteur de vitesse de rotation et le second élément de capteur de vitesse de rotation, aient un plan de symétrie et que les plans se correspondent ou présentent une symétrie de rotation ou une symétrie plane. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma d'un premier mode de réalisation d'un capteur de vitesse de rotation, - la figure 2 est une vue en coupe dans la direction (y) suivant la diagonale de l'organe oscillant 31 de la figure 1, - la figure 3 est un schéma par blocs représentant la configuration schématique du premier mode de réalisation d'un capteur de vitesse de rotation, - la figure 4 est un schéma par blocs d'un exemple simple de l'installation de traitement de signal 60 de la figure 3, - la figure 5 est une représentation schématique d'un second mode de réalisation d'un capteur de vitesse de rotation,

6 - la figure 6 est un schéma d'un troisième mode de réalisation d'un capteur de vitesse de rotation, - la figure 7 est un schéma d'un quatrième mode de réalisation d'un capteur de vitesse de rotation, - la figure 8 est un schéma d'un cinquième mode de réalisation d'un capteur de vitesse de rotation. Description de modes de réalisation Premier exemple de réalisation : La figure 1 est un schéma d'un premier mode de réalisa- tion d'un capteur de vitesse de rotation 100 selon l'invention. Le capteur de vitesse de rotation 100 comporte un premier élément de capteur de vitesse de rotation 20 et un second élément de capteur de vitesse de rotation 30 couplés l'un à l'autre par des organes de couplage 40.

L'élément de capteur de vitesse de rotation 20 est un système à deux masses comportant deux oscillateurs linéaires 21-1, 21-2. Les deux oscillateurs linéaires 21-1, 21-2, sont couplés mécaniquement par un ressort 27. Chacun des deux oscillateurs linéaires 21-1, 21-2, comporte un châssis d'entraînement 22. Sur deux côtés respectivement opposés, le châssis d'entraînement 22 comporte plusieurs électrodes d'entraînement 23. Le châssis d'entraînement 22 loge un châssis de détection 24 relié au châssis d'entraînement 22 par des éléments de ressort 25. Il est également possible de relier le châssis de détection 24 par d'autres châssis installés entre le châssis de détection 24 et le châssis d'entraînement 22 et par des éléments de ressort correspondants pour le relier au châssis de détection 24 et permettre l'oscillation libre du châssis de détection 24 dans la direction (x) et dans la direction (y) par rapport au châssis d'entraînement 22. Le châssis de détection 24 comporte des électrodes de dé- tection 26. Les électrodes de détection 26 forment une grille d'électrodes. Chaque électrode de détection 26 est associée à une ou plusieurs électrodes de stator (ces électrodes ne sont représentées). Les électrodes de stator sont parallèles aux électrodes de détecteur 26 sur le substrat. Chaque électrode de détecteur 26 forme ainsi un élément ca- pacitif avec l'électrode de stator qui lui est associée. Chaque élément

7 capacitif se compose respectivement d'une électrode de détecteur 26 et d'au moins une électrode de stator. Un châssis d'entraînement 22, les électrodes d'entraînement 23 qu'il porte, le châssis de détection 24 installé dans celui-ci, les éléments de ressort 25 intermédiaires et les électrodes de détection 26, forment en combinaison un organe oscillant dans le plan x-y. Ce plan peut être décalé dans le sens des oscillations par rapport au substrat dans la direction (y). Les électrodes d'entraînement 23 sont en regard de contre-électrodes non représentées. Lorsqu'on applique une tension d'entraînement appropriée (tension alternative) entre les électrodes d'en-traînement 23 et les contre-électrodes, une force électrostatique Fi,n s'exerce dans la direction (y) sur le châssis d'entraînement 22 comme cela est représenté par une double flèche à la figure 1. Le châssis d'en-traînement 22 ou l'organe oscillant est monté par rapport au substrat de la puce de façon qu'en modifiant de manière appropriée la tension appliquée, il vibre dans la direction (y). Si le capteur de vitesse de rotation 100 est tourné autour de l'axe (z), une force de Coriolis Fcorz, s'applique aux électrodes de détecteur 26, en mouvement, ce qui est représenté par une double flèche en pointillés à la figure 1. La force de Coriolis Fcorz, se traduit par des forces agissant dans la direction (x) et modifiant la distance entre les électrodes de détecteur 26 et les électrodes de stator, voisines. Cela modifie également la capacité des éléments capacitifs formés par les électrodes de détecteur 26 et les électrodes de stator. Cette variation de capacité est transformée par des dispositifs de mesure de capacité en des signaux de tension correspondants, contenant une information relative à la vitesse de rotation appliquée au capteur 100. Le premier élément de capteur de vitesse de rotation 20 saisit ainsi la vitesse de rotation Oz, correspondant à la rotation autour de l'axe de rotation qui est "en dehors du plan", c'est-à-dire perpendiculaire au plan dans lequel s'étend l'organe oscillant des oscillateurs linéaires 21-1, 21-2. Le second élément de capteur de vitesse de rotation 30, est un oscillateur de rotation dont la configuration est représentée de manière détaillée à la figure 2. Cet oscillateur de rotation comporte un organe oscillant 31 en forme de disque relié à un moyeu 33 par exemple

8 par quatre ressorts 32. Les ressorts 32 sont logés dans un dégagement central circulaire de l'organe oscillant 31 dans lequel pénètre le moyeu 33. L'extrémité du moyeu 33 à l'opposé de celui de l'organe oscillant 31, est solidaire du substrat 35 de la puce.

Si au cours d'un mouvement de rotation de l'organe oscillant 31 autour de l'axe d'oscillation, l'élément de capteur de vitesse de rotation 30 subit une rotation D. autour d'un axe sensible (par exemple l'axe (z)) de l'élément de capteur de vitesse de rotation 30, les forces de Coriolis Foorx, agissent sur l'axe d'oscillation et ces forces provoquent le basculement ou le pivotement de l'organe oscillant 31 par rapport à la surface du substrat 35. Ce basculement autour de l'axe (x) est représenté à la figure 2. Le basculement de l'organe oscillant 31, produit une diminution d'écartement d'une première extrémité ou du bord 36 de l'or- gane oscillant et une augmentation de l'écartement de l'extrémité ou du bord 37 opposé à la première extrémité 36 de l'organe oscillant 31 par rapport au substrat 35. L'augmentation ou la diminution des écarts ou distances entre les extrémités 36 et 37 par rapport au substrat 35, se détermine par des électrodes de détection 38a en regard des extrémités 36 et 37. L'augmentation et la diminution de l'écart entre les extrémités 36, 37 et l'électrode de détection correspondante 38a produit une variation de la capacité de l'élément capacitif formé par l'extrémité 36 ou 37 et l'électrode de détection 38a. Cette variation est proportionnelle à la force de Coriolis Fcorx. En mesurant et en exploitant cette variation de capacité, on peut ainsi conclure à la vitesse de rotation D. du mouvement de rotation du second élément de capteur de vitesse de rotation autour de l'axe sensible (ici l'axe (x)). Selon une variante de cet exemple de réalisation, en plus des électrodes de détection 38a, on a d'autres électrodes de détection 38b sur le côté opposé de l'organe oscillant 31. Ces électrodes peuvent être par exemple sur le côté intérieur d'un capuchon ou d'un boîtier logeant le capteur 100. Cette disposition est avantageuse car ainsi les électrodes de détection 38a, 38b seront symétriques pour l'organe oscillant 31.

9 L'élément de capteur de vitesse de rotation 30 peut également être conçu pour saisir non seulement les rotations autour de l'axe (x), mais également les rotations autour de l'axe (y). Pour cela, des secondes électrodes de détection non représentées, pour saisir les rota- tions autour de l'axe (y), sont prévues à des endroits appropriés du substrat 35 en regard de l'organe oscillant 31. On peut ainsi prévoir par exemple quatre électrodes de détection à un intervalle angulaire chaque fois de 90° à la périphérie de l'organe oscillant 31. Le second élément de capteur de vitesse de rotation 30 saisit également les vitesses de rota- tion D. et Dy autour d'axes de rotation situés dans le plan contenant l'organe oscillant 31. Le premier élément de capteur de vitesse de rotation 20 et le second élément de capteur de vitesse de rotation 30, sont reliés par des entretoises de couplage 40 (organes de couplage). Une extrémité des entretoises de couplage 40 est reliée à l'un des châssis d'entraînement 22 et leur autre extrémité est reliée à la périphérie de l'organe oscillant 31. Dans le présent exemple, les entretoises de couplage 40 sont coudées. Mais elles peuvent également être cintrées. Leur forme est choisie pour que pendant le fonctionnement, les tensions mécaniques induites dans les entretoises de couplage 40, soient faibles, et qu'en même temps, la constante de ressort soit appropriée pour coupler le premier et le second élément de capteur 20 et 30. Les entretoises de couplage peu-vent avoir une largeur par exemple de l'ordre de 2 m. Les entretoises de couplage 40 relient le second élément de capteur de vitesse de rotation 30 mécaniquement au premier élément de capteur de vitesse de rotation 20. Si le premier élément de capteur de vitesse de rotation 20 est mis en oscillation par l'application d'une tension d'entraînement entre les électrodes d'entraînement 23 et les électrodes de détection situées en regard, alors les deux oscillateurs li- néaires 21-1, 21-2, fonctionnent en mode antiparallèle l'un par rapport à l'autre dans la direction (+y) et dans la direction (-y). Ainsi, les entre-toises de couplage 40 auront un mouvement antiparallèle si bien que le couple Frot agit sur l'organe oscillant 31 et celui-ci, porté par le moyeu 33, effectue un mouvement oscillant 31 de rotation.

10 Il faut remarquer que seulement le premier élément de capteur 20 est entraîné directement. Il n'y a pas d'entraînement propre pour le second élément de capteur 30, de sorte que ce montage économise un entraînement et la commande associée à celui-ci.

Le châssis d'entraînement 22, l'entretoise de couplage 40 et l'organe oscillant 31, sont situés dans un plan et peuvent avantageusement être réalisés en une seule pièce. En particulier, il est possible de les réaliser dans un morceau de silicium. Dans ce cas, le premier et le second élément de capteur 20 et 30 peuvent être installés sur une unique puce semi-conductrice. Les organes oscillants, mobiles, peuvent être réalisés par gravure sur une face de la plaquette de silicium et être partiellement dégagés du substrat pour devenir mobiles. Il est en outre possible de loger l'électronique d'exploitation des signaux de capteur émis par les éléments de capteur 20 et 30 sur la même puce que les éléments de capteur 20, 30 ce qui donne une réalisation compacte au capteur de vitesse de rotation. La figure 3 est un schéma par blocs représentant la con-figuration et le passage des signaux d'un capteur de vitesse de rotation 100 selon le premier exemple de réalisation.

Le capteur de vitesse de rotation 100 représenté à la figure 3, comporte un entraînement 10, un premier élément de capteur de vitesse de rotation 20, un second élément de capteur de vitesse de rotation 30, un multiplexeur 50, une installation de traitement de signal 60 et un démultiplexeur 70. Ces composants peuvent être intégrés dans une unique puce semi-conductrice, ce qui donne une réalisation parti- culièrement compacte au capteur de vitesse de rotation 100. L'entraînement 10 est relié à une alimentation en tension, interne à la puce (cette alimentation n'est pas représentée). L'en-traînement actionne le premier élément de capteur de vitesse de rotation 20 comme cela a été décrit ci-dessus, à savoir par l'application d'une tension entre les électrodes d'entraînement 23 et les contre-électrodes en regard. Le premier élément de capteur de vitesse de rotation 20 est ainsi mis en oscillation. Cette oscillation est transmise mécaniquement par les organes de couplage 40 au second élément de 11 capteur de vitesse de rotation 30 qui est ainsi également mis en oscillation. La variation de capacité des éléments capacitifs formés par les électrodes de détecteur 26 et les électrodes de stator, est conver- s tie par une installation de mesure de capacité non représentée ou par un convertisseur C/U, en un signal de tension Si contenant l'information relative à la vitesse de rotation autour de l'axe (z) appliquée au capteur 100. Ce signal de tension Si est appliqué au multiplexeur 50. Si, comme représenté à la figure 1, le premier élément de capteur 20, corn-porte deux oscillateurs linéaires 21-1 et 21-2, alors pour chaque oscillateur linéaire 21-1 et 21-2, on aura un signal de tension correspondant, un soustracteur forme la différence des signaux de tension et ce signal de différence sera appliqué comme signal de tension SI au multiplexeur 50. 15 La variation de capacité des éléments capacitifs formés par l'organe oscillant 31 et les électrodes de détection 38a, 38b, est transformée par une installation de mesure de capacité non représentée de manière détaillée ou un convertisseur C/U, en un signal de tension S2 contenant une information relative à la vitesse de rotation Dy autour 20 de l'axe (y) dans le capteur 100. Ce signal de tension S2 est également fourni au multiplexeur 50. Selon une variante de réalisation, le second élément de capteur de vitesse de rotation 30, génère deux signaux de tension contenant une information relative à la vitesse de rotation Dx autour de l'axe (x) dans le capteur 100 et une information relative à la 25 vitesse de rotation Dy autour de l'axe (y). Dans ce cas, le multiplexeur reçoit deux signaux de tension correspondants S2 et S3. Le multiplexeur 50 reçoit un signal de commande Sdemux (identique au signal S. ou déduit de celui-ci), et en fonction de ce signal de commande Sdemux, il commute cycliquement entre les signaux de 30 tension Si, S2 qu'il reçoit (le cas échéant S3). Le signal de tension émis chaque fois par le multiplexeur 50, est traité ensuite par une installation de traitement de signal 60. La figure 4 montre un exemple schématique, simple de l'installation de traitement de signal 60. Cette installation de traitement 35 de signal 60, reçoit un signal d'horloge CLK interne à la puce. Tout

12 d'abord, le signal de tension analogique fourni par le multiplexeur 50 est converti par un convertisseur analogique/numérique 61 en fonction du signal de cadence CLK en un signal numérique de tension. Ce signal numérique de tension est démodulé par un démodulateur 62. Comme les éléments de capteur de vitesse de rotation 20 et 30 oscillent à une certaine fréquence d'entraînement f, ils émettent des signaux de capteur de la même fréquence f. La vitesse de rotation, appliquée, est combinée à ces signaux périodiques contenant l'information relative à la vitesse de rotation appliquée. C'est pourquoi, les signaux de capteur, numérisés, sont démodulés par le démodulateur 62 pour être ensuite filtrés par un filtre passe-bas 63 donnant la composante correspondante du signal dans la bande de base. Le signal filtré est appliqué au démultiplexeur 70. Le signal filtré est également appliqué à un circuit de ré- gulation 64 qui génère un signal de régulation pour le renvoyer à l'en-traînement 10 après une conversion numérique/analogique (D/A). On forme ainsi un circuit de régulation soumettant le signal de capteur émis à une régulation. Le démultiplexeur 70 reçoit un signal de commande Smux et commute le signal de capteur qu'il reçoit en fonction du signal de commande Smux, de manière cyclique vers différentes sorties ou lignes de sortie. Un premier signal de sortie Sai fourni par le démultiplexeur 70 correspond ainsi à la vitesse de rotation autour de l'axe z, saisie par le premier capteur de vitesse de rotation 20. Un second signal de sortie Sa2 émis par le démultiplexeur 70, correspond à la vitesse de rotation autour de l'axe (y), saisie par le second capteur de vitesse de rotation 30. Si le second élément de capteur de vitesse de rotation 30 est conçu pour saisir la vitesse de rotation autour de deux axes de détection (axe (x) et axe (y)), alors le démultiplexeur 70 pourra émettre de manière cor- respondante un second signal de sortie Sa2 et un troisième signal de sortie Sa3 qui représente la vitesse de rotation autour de l'axe (x) et celle autour de l'axe (y). Les oscillations du premier et du second élément de capteur de vitesse de rotation 20 et 30, sont couplées mécaniquement l'une à l'autre par les organes de couplage 40 de sorte que leur oscillation est

13 synchronisée et possède la même fréquence et la même phase. Cela permet de n'utiliser qu'un circuit de détection pour tous les axes de me-sure. De façon correspondante, le capteur de vitesse de rotation 100 de ce premier exemple de réalisation, comporte uniquement une installa- tion de traitement de signal 60 pour les deux éléments de capteur de vitesse de rotation 20, 30. En conséquence, il n'y a qu'un convertisseur analogique/numérique (A/D) 61, un démodulateur 62 et un filtre passe-bas 63. Cela permet une économie considérable du point de vue des circuits mis en oeuvre et de l'encombrement sur la puce semi-conductrice, car il n'est pas nécessaire de prévoir de tels composants séparément pour chacun des éléments de capteur de vitesse de rotation. En outre, cela simplifie également l'architecture de la puce nécessaire au traite-ment du signal, car les composants de l'installation de traitement de signal 60, sont uniquement une alimentation en tension ou en intensité et une seule horloge de système CLK. Le cas échéant, il suffira d'un exemplaire d'un composant pour surveiller et réguler la fréquence d'en-traînement. Le premier exemple de réalisation a été décrit pour le cas où l'entraînement 10 entraîne le premier élément de capteur de vitesse de rotation 20, l'oscillation ou l'excitation du premier élément de capteur de vitesse de rotation 20 étant transmise au second élément de capteur de vitesse de rotation 30 par les organes de couplage 40. Selon une variante de cet exemple de réalisation, il est également possible que l'entraînement 10 n'entraîne pas l'élément de capteur de vitesse de rota- tion 20, mais au moins l'un des organes de couplage 40 ou les deux organes de couplage 40. Dans ce cas, les électrodes d'entraînement 23 ne sont pas prévues sur le châssis d'entraînement 22, mais dans des positions appropriées des organes de couplage 40 par exemple selon la figure 1, sur le côté supérieur ou le côté inférieur des segments horizontaux des entretoises de couplage 40. Dans ce cas, on applique une tension d'entraînement appropriée aux électrodes d'entraînement 23, on pourra faire vibrer les organes de couplage 40 dans la direction (y). Comme les organes de couplage 40 sont reliés par leurs extrémités chaque fois à un organe oscillant 31 de l'oscillateur de rotation 30 ou à un châssis d'entraîne-

14 ment 22 de l'un des oscillateur linéaire 21-1, 21-2, cette oscillation est transmise directement à l'oscillateur de rotation 30 et aux oscillateurs linéaires 21-1, 21-2, ainsi, l'entraînement ou l'excitation des organes de couplage 40 produit également l'entraînement du premier et du second élément de capteur de vitesse de rotation 20, 30. L'entraînement 10 peut exciter les deux organes de couplage 40 avec des oscillations antiparallèles de sorte que les oscillateurs linéaires 21-1, 21-2, vibrent également en mode antiparallèle et communiquent une oscillation de rotation à l'organe oscillant 31.

Second exemple de réalisation La figure 5 est une représentation schématique d'un capteur de vitesse de rotation 200 selon un second mode de réalisation de l'invention. Les éléments de même construction ou de même fonction que les éléments du premier mode de réalisation portent ici les mêmes références et leur description ne sera pas reprise. Cela s'applique également aux autres modes de réalisation. Le capteur de vitesse de rotation 200 de ce second mode de réalisation de l'invention comporte deux oscillateurs linéaires 21-1, 21-2, comme premiers éléments de capteur de vitesse de rotation 20 et deux oscillateurs de rotation 30-1 et 30-2 comme seconds éléments de capteur de vitesse de rotation 30. L'oscillateur linaire 21-1 est relié mécaniquement par une entretoise de couplage 40 à un oscillateur de rotation 30-1 et l'oscillateur linéaire 21-2 est relié par une entretoise de couplage 40 à l'autre oscillateur de rotation 30-2 par un couplage mé- canique. Les entretoises de couplage 40 sont reliées à une extrémité à l'un des châssis d'entraînement 22 et par l'autre extrémité, à la périphérie de l'organe oscillant 31, respectif. Les organes oscillants 31 des deux oscillateurs de rotation 30-1, sont couplés mécaniquement par un élément de ressort 80.

Ce mode de réalisation comporte également un seul en-traînement qui, lorsqu'une tension d'entraînement est appliquée entre les électrodes d'entraînement 23 et les contre-électrodes, fait vibrer les oscillateurs linéaires 21-1, 21-2. A la différence du premier mode de réalisation, les oscillateurs linéaires 21-1, 21-2, se déplacent en se rap- prochant ou en s'écartant, c'est-à-dire qu'ils oscillent également dans la

15 direction (x). Cette oscillation est transmise par les entretoises de cou-plage 40 aux organes oscillants 31 des oscillateurs de rotation 30-1, 30-2 qui vibrent avec une oscillation de rotation. Les oscillateurs de rotation 30-1 et 30-2 vibrent ou oscillent dans des directions opposées.

Ce mode de réalisation donne en principe les mêmes avantages que le premier mode de réalisation. Des oscillateurs de rotation 30-1 et 30-2, peuvent être conçus pour que l'un des oscillateurs de rotation 30-1 effectue une rotation D. autour d'un axe de rotation et que l'autre oscillateur de rotation 30-2, effectue une rotation Dy autour d'un axe de rotation perpendiculaire au précédent. Ces oscillateurs de rotation peuvent également être conçus pour que chacun des oscillateurs de rotation réponde à des rotations SZX, Dy autour de l'axe (x) ou de l'axe (y). Dans ce cas, on aura une saisie redondante de la rotation au-tour de l'axe (x) et autour de l'axe (y), d'une manière peu encombrante.

On pourra faire par exemple une moyenne des vitesses de rotation saisies de manière redondante. Troisième exemple de réalisation La figure 6 est un schéma d'un capteur de vitesse de rotation (300) correspondant à un troisième mode de réalisation de l'in- vention. Dans ce capteur de vitesse de rotation 300, on a un montage en série d'un premier élément de capteur de vitesse de rotation 20 comportant deux oscillateurs linéaires 21-1, 21-2 ainsi que deux oscillateurs de rotation 30-1 et 30-2. Les deux oscillateurs de rotation 30-1 et 30-2 sont installés entre les oscillateurs linéaires 21-1, 21-2 et ils sont reliés respectivement par une entretoise de couplage 40 à l'oscillateur linéaire voisin 21-1, 21-2. Les oscillateurs de rotation 30-1, 30-2 sont reliés par un ressort 80. Ce mode de réalisation offre pour l'essentiel les mêmes avantages que le premier et second mode de réalisation. Quatrième mode de réalisation La figure 7 est un schéma d'un capteur de vitesse de rotation 400 correspondant à un quatrième mode de réalisation de l'invention.

16 Dans ce capteur de vitesse de rotation 400, on a un premier élément de capteur de vitesse de rotation 20, comportant les deux oscillateurs linéaires 21-1, 21-2 et le second élément de capteur de vitesse de rotation 30 comme oscillateur de rotation, installé en série.

L'oscillateur de rotation 30 est placé entre les deux oscillateurs linéaires 21-1, 21-2. Des entretoises de couplage 40 relient les oscillateurs linéaires 21-1, 21-2 respectivement à une extrémité opposée de l'oscillateur linéaire 30. Ce mode de réalisation offre pour l'essentiel les mêmes avantages que le premier et le second mode de réalisation. En outre, ce mode de réalisation est particulièrement peu encombrant. En outre, il est avantageux grâce à son montage symétrique en rotation. Cinquième mode de réalisation La figure 8 est un schéma d'un cinquième mode de réali- sation d'un capteur de vitesse de rotation 400 selon l'invention. Ce capteur de vitesse de rotation 400 comporte deux oscillateurs linéaires 21-1 et 21-2 installés entre quatre oscillateurs de rotation 30-1, 30-4. Le premier oscillateur linéaire 21-1 est couplé d'un côté à un châssis d'entraînement 22 par une entretoise de couplage 40 reliée à un premier oscillateur de rotation 31-1, sur son autre côté, il est relié par une entretoise de couplage 40 à un second oscillateur de rotation 30-2, par chaque fois un couplage mécanique. Le second oscillateur linéaire 21-2 est couplé mécaniquement d'un côté au niveau de son châssis d'entraînement 22 par une entretoise de couplage 40 à un troisième oscillateur de rotation 30-3 et sur son autre côté, par une entretoise de couplage 40 à un quatrième oscillateur de rotation 30-4. Le premier oscillateur de rotation 30-1 est couplé mécaniquement par un ressort 80 au troisième oscillateur de rotation 30-3. Le second oscillateur de rotation 30-2 est relié par un ressort 80 au quatrième oscilla- teur de rotation 30-4 par un couplage mécanique. Les oscillateurs linéaires 21-1 et 21-2 sont également couplés mécaniquement l'un à l'autre par un ressort 27. Ce mode de réalisation offre pour l'essentiel les mêmes avantages que le premier et le second mode de réalisation. En particu- lier, ce mode de réalisation permet une disposition redondante mais en

17 même temps économe en encombrement, de plusieurs oscillateurs de rotation sur une même puce. Bien que le mode de réalisation ci-dessus corresponde à un exemple de réalisation préférentiel, l'invention n'est pas limitée à cet exemple, mais permet de multiples variantes et en particulier on peut combiner différentes caractéristiques des réalisations ci-dessus. Par exemple, dans les modes de réalisation ci-dessus, l'entraînement est prévu chaque fois au niveau des oscillateurs linéaires. Mais il est également possible d'entraîner le ou les oscillateurs de rotation et de transmettre l'oscillation de rotation par les organes de couplage à un ou plusieurs oscillateurs linéaires sans entraînement propre. En outre, les entretoises de couplage 40 des modes de réalisation ci-dessus, sont reliées chacune à un châssis d'entraînement 22. Mais il est également possible de relier les entretoises de couplage 40 au châssis de détection 24. Enfin, le traitement des signaux de capteur Si et S2 est présenté comme étant fait par des composants discrets (démodulateurs, filtres et autres). Mais, ces composants peuvent également être réalisés par un processeur commandé par programme, notamment sous la forme d'un circuit dédié ASIC. En d'autres termes, ces éléments ne sont pas nécessairement constitués par des composants discrets.25

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1 °) Capteur micromécanique de vitesse de rotation (100, 200, 300, 400, 500) comportant : - un premier élément de capteur de vitesse de rotation (20) fournissant un premier signal de capteur (Si) contenant une information relative à une rotation autour d'un premier axe de rotation, - un second élément de capteur de vitesse de rotation (30) fournissant un second signal de capteur (S2) contenant une information relative à une rotation autour d'un second axe de rotation perpendiculaire au premier axe de rotation, - un organe de couplage (40) couplant mécaniquement le premier élément de capteur de vitesse de rotation (20) et le second élément de capteur de vitesse de rotation (30), et - un moyen d'entraînement (10) entraînant le premier élément de cap- teur de vitesse de rotation (20), - l'entraînement du premier élément de capteur de vitesse de rotation (20) produisant également l'entraînement du second élément de capteur de vitesse de rotation (30) du fait du couplage mécanique par l'organe de couplage (40). 2°) Capteur micromécanique de vitesse de rotation (100, 200, 300, 400, 500) comportant : - un premier élément de capteur de vitesse de rotation (20) fournissant un premier signal de capteur (Si) contenant une information relative à une rotation autour d'un premier axe de rotation, - un second élément de capteur de vitesse de rotation (30) fournissant un second signal de capteur (S2) contenant une information relative à une rotation autour d'un second axe de rotation perpendiculaire au premier axe de rotation, - un organe de couplage (40) couplant mécaniquement le premier élément de capteur de vitesse de rotation (20) et le second élément de capteur de vitesse de rotation (30), et - un moyen d'entraînement (10) entraînant l'organe de couplage (40), 19 - l'entraînement de l'organe de couplage (40) par le moyen d'entraînement (20) produisant également l'entraînement du premier et du second élément de capteur de vitesse de rotation (20, 30). 3°) Capteur micromécanique de vitesse de rotation (100, 200, 300, 400, 500) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que - le premier élément de capteur de vitesse de rotation (20) est réalisé sous la forme d'un oscillateur linéaire (21-1, 21-2) et comporte un premier organe oscillant (22, 26) susceptible d'effectuer un mouvement d'oscillation linéaire par rapport à un substrat (35), ce mouvement étant perpendiculaire au premier axe de rotation, et - le second élément de capteur de vitesse de rotation (30) est réalisé comme oscillateur rotatif et comporte un second organe oscillant (31) qui peut exécuter par rapport au substrat (35), un mouvement d'oscillation en rotation dans un plan d'oscillation parallèle au second axe de rotation. 4°) Capteur micromécanique de vitesse de rotation (100, 200, 300, 400, 500) selon la revendication 3, caractérisé en ce que - le second élément de capteur de vitesse de rotation (30) fournit un second et un troisième signal de capteur (S2, S3), - le second signal de capteur (S2) contient une information relative à une rotation autour d'un second axe de rotation parallèle au plan d'oscillation, et - le troisième signal de capteur (S3) contient une information relative à une rotation autour d'un troisième axe de rotation parallèle au plan d'oscillation et non parallèle au second axe de rotation. 5°) Capteur micromécanique de vitesse de rotation (100, 200, 300, 400, 500) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que - le premier élément de capteur de vitesse de rotation comporte deux oscillateurs linéaires (21-1, 21-2), et 20 - l'oscillateur de rotation est installé entre les deux oscillateurs linéaires (21-1, 21-2). 6°) Capteur micromécanique de vitesse de rotation (100, 200, 300, 400, 500) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément de capteur de vitesse de rotation (20) et le second élément de capteur de vitesse de rotation (30), sont intégrés dans une unique puce semi-conductrice. 7°) Capteur micromécanique de vitesse de rotation (100, 200, 300, 400, 500) selon la revendication 6, caractérisé en ce que - les organes oscillants des éléments de capteur de vitesse de rotation (20, 30) sont structurés dans la matière semi-conductrice de la puce semi-conductrice, et - l'organe de couplage (40) est une entretoise de couplage réalisée dans la matière semi-conductrice. 8°) Capteur micromécanique de vitesse de rotation (100, 200, 300, 400, 500) selon la revendication 1, caractérisé en ce que - le capteur de vitesse de rotation (100, 200, 300, 400, 500) comporte en outre un multiplexeur (50) avec une installation de préparation de signaux (60) et un démultiplexeur (70), - le premier et le second élément de capteur de vitesse de rotation (20, 30) fournissent chacun au moins un signal de capteur (Si, S2) contenant une information relative à une rotation autour d'un axe de rotation, cette information étant transmise au multiplexeur (50), - le multiplexeur (50) fournit à des instants différents, chaque fois l'un des signaux de capteur (Si, S2) de l'installation de traitement de signal (60), - l'installation de traitement de signal (60) soumet le signal de capteur reçu à un traitement pour le transmettre au démultiplexeur (70), et21 - le démultiplexeur (70) comporte plusieurs sorties auxquelles le signal de capteur (Sai, Sa2) traité est transmis à différents instants. 9°) Capteur micromécanique de vitesse de rotation (100, 200, 300, 400, s 500) selon la revendication 8, caractérisé en ce que - l'installation de traitement de signal (60) comporte au moins : ** un démodulateur (62) démodulant le signal de capteur (Si, S2) qui lui est fourni, et 10 ** un filtre passe-bas (63) qui applique un filtrage passe-bas au signal de capteur démodulé. 10°) Capteur micromécanique de vitesse de rotation (100, 200, 300, 400, 500) selon la revendication 1, 15 caractérisé en ce que - le premier élément de capteur de vitesse de rotation (20) et le second élément de capteur de vitesse de rotation (30), ont un plan de symétrie qui se correspond. 20 25