KR101110462B1 - 회전 속도 센서 - Google Patents

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KR101110462B1
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볼프람 게이게르
피터 라인펠더
귄터 스파흐링거
줄리안 바르솔로메익직
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노스롭 그루만 리테프 게엠베하
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Abstract

선형 가속도가 발생할 때 회전 속도 센서의 경우에 움직이는 개별 구조체(100, 200, 300, 400, 500, 600)의 기초에 발생하는 측정 에러를 피하기 위하여, 회전 속도 센서는 기판과 설계 평면(x-y)상의 기판에 상대적으로 움직이는 두개의 구조체(100, 200, 300, 400, 500, 600)를 포함하도록 제안되며, 두개의 움직이는 구조체(100, 200, 300, 400, 500, 600)는 다음의 결합 구조체를 형성하기 위해 결합되고 - 결합 구조체는 가진 모드로서 설계 평면(x-y)상의 제1 방향(x)으로 움직이는 구조체의 반대위상으로 편향하는 제1 진동 모드를 가지며 - 결합 구조체는 제1 진동 모드가 가진 될 때와 설계 평면(x-y)에 직각인 회전 속도 센서의 민감축(z)에 대하여 회전하는 동안 코리올리 가속도에 의하여 가진되는 감지 모드로서 제2 진동 모드를 가지며, 그리고 결합 구조체는 최적의 전제조건 하에서, 제2 축에 평행한 방향으로 회전 속도 센서의 선형 가속도에 의하여 가진 될 수 있는 어떤 진동 모드를 가지지 않도록 설계된다.

Description

회전 속도 센서{ROTATION RATE SENSOR}
본 발명은 기판과 설계 평면에서 기판에 상대적으로 움직일 수 있는 두개의 개별 구조체(structure)를 갖는 회전 속도 센서에 관한 것으로, 두개의 개별 구조체는 결합 구조체를 형성하기 위하여 결합되며, 결합 구조체는 가진 모드(excitation mode)로서 설계 평면(design plane)상에 제1 방향으로 움직이는 구조체의 반대위상(antiphase)으로 편향(deflection)하는 제1 진동 모드(oscillation mode)를 가지며, 그리고 결합 구조체는 제1 진동 모드에 의하여 가진 될 때와 민감축(sensitive axis) 둘레를 회전하는 동안의 코리올리 가속도(Coriolis accelerations)에 의하여 가진 되고, 설계 평면에 직각(right angle)인, 회전 속도 센서의 감지 모드(detection mode)로서 제2 진동 모드를 가지며, 감지 공진 주파수(detection resonant frequency)를 갖는다.
WO 2005/066585 A1, WO 2005/066584 A1 그리고 US 6,705,164는 가진 유닛(710), 표본 질량(sample mass)(730) 및 기판(substrate)을 갖고, 스프링 요소(spring element)(711, 731)에 의해 결합되는 회전 속도 센서(도 7에서 예로서 묘사되는)를 설명하며, 대략 가진 유닛(710)은 제1 축(x축) 방향만으로 기판에 상대적으로 움직일 수 있고, 표본 질량(730)은 제1 축(x축)에 직각인 제2 축(y축)의 방향만으로 가진 유닛(710)에 상대적으로 움직일 수 있다. 두개의 축은 기판 평면에 놓여있으며, 즉 구조체는 제조 공차(manufacturing tolerance)의 범위 내에서 기판에 직각으로 움직이지 않는다. 힘 발신기(force transmitters)와 탭(taps)이 요구되지 않으며, 이에 의해 힘이 z 방향으로 인가되고 움직임이 z 방향으로 측정될 수 있다. 또한, 이것은 z 힘 발신기와 z 탭이 제공될 수 없어, 구조체의 제공을 위한 생산 방법을 사용할 수 있는 것을 의미한다. 코리올리 자이로(Coriolis gyro) 형태인 회전 속도 센서의 작동 중에, 가진 유닛(710)은 제1 진동을 제1 축(x)(가진 모드) 방향으로 가진 한다. 표본 질량(730)은 이 경우에 가진 유닛(710)과 동일한 진폭 및 위상과 함께 (대략)이 방향으로 이동된다. 힘 발신기와 탭(714)은, 가진 모드가 고정 값에서 조절되는 속도 진폭(velocity amplitude)과 함께 이것의 공진 주파수(resonant frequency)에서 가장 바람직한 작동 모드로 가진되어 가진 유닛(710)을 위해 제공된다.
코리올리 자이로는 기판 평면에서 직각인 축(z)에 대하여 회전할 때, 코리올리 힘은 제2 축(y)의 방향에서 개별 구조체에 작용한다. 상술한 자유도의 움직임 때문에, 오직 표본 질량(730)이 코리올리 힘에 의해 편향될 수 있다. 이 경우에 표본 질량(730)은 제2 축(y) 방향으로 진동을 일으키며, 또한 이것은 감지 모드로서 다음의 문장에 언급된다. 표본 질량(730)의 최종적인 진동의 진폭(amplitude) 또는 편향(deflection)은 측정 변수(measurement variable)로서 사용된다. 적절한 탭(734)은, 기판 상에 고정된(anchored) 반대 전극과 함께 표본 질량(730)상의 전극과 같이, 이러한 목적을 위해 요구된다. 선택적으로, 코리올리 힘은 재설정(reset)될 수 있다. 힘 발신기는 힘이 표본 질량(730)에 적용되는 것에 의하여, 이러한 목적을 위해 요구된다(예를 들어 상술한 바와 같이 전극 배열에서, 탭 기능(tap function)과 힘 발신기 기능은 공통 전극 또는 분리된 전극을 통해 선택적으로 제공될 수 있다). 재설정 힘의 진폭은 각속도의 척도(measure)이다.
또한, 인용 문헌은 일반적인 기판상에 서로 동시에 묘사된 두개의 자이로 요소를 각각의 경우에 배열하고, 두개의 드라이브 유닛 및/또는 두개의 표본 질량을 또 다른 스프링 요소에 의하여 결합하기 위한 가능성을 묘사한다.
WO 02/16871 A1 및 US 6,691,571 B2는 회전 속도 센서로서 자이로를 설명하는 가진 유닛(810), 코리올리 요소(820), 감지 유닛(830) 및 기판을 가지며, 스프링 요소(811, 821, 831, 832)에 의해 결합되는 회전 속도 센서(도 8의 예로서 묘사되는)로서 자이로를 설명하며, 대략 가진 유닛(810)은 제1 축 방향만으로 기판에 상대적으로 움직일 수 있으며, 감지 유닛(830)은 제1 축에 직각인 제2 축의 방향만 기판에 상대적으로 움직일 수 있으며, 그리고 코리올리 요소(820)는 제2 축(y)의 방향만 가진 유닛(810)에 상대적으로 움직일 수 있고, 제1 축(x)의 방향으로는 오직 감지 유닛(830)에 상대적으로 움직일 수 있다. 양축(axes)은 기판 평면에 놓여있으며, 즉 구조체는 제작 공차의 범위 내에서 기판에 직각으로 움직이지 않는다. 힘 발신기와 탭이 요구되지 않으며, 이에 의해 힘이 z 축 방향으로 인가될 수 있고 움직임이 z 축 방향으로 측정될 수 있다. 또한, 이것은 z 힘 발신기와 z 탭이 제공될 수 없으므로, 구조체의 제공을 위한 생산 방법을 사용할 수 있음을 의미한다.
코리올리 자이로를 작동하기 위하여, 가진 유닛(810)은 제1 축(x)방향으로 제1 진동을 가진한다(가진 모드). 코리올리 요소(820)는 이 경우에 가진 유닛(810)과 동일한 진폭과 상(phase)에서 이 방향(대략)으로 이동되며, 반면 감지 유닛(830)은 대략 이 방향으로 이동되지 않는다. 힘 발신기와 탭(814)은, 가진 모드가 고정 값에서 조절되는 속도 진폭과 함께 이것의 공진 주파수에서 가장 바람직한 작동 모드로 가진되는 것에 의해, 가진 유닛(810)을 위해 제공된다.
코리올리 자이로는 기판 평면에 직각인 축(z)에 대해서 회전될 때, 코리올리 힘이 제2 축(y)의 방향으로 움직이는 구조체에 작용한다. 또한, 상술한 자유도의 움직임 때문에, 오직 코리올리 요소(820)(그리고 가진 유닛(810)이 아닌)는 이동되는 감지 유닛(830)과 함께, 코리올리 힘에 의해 편향될 수 있다. 이 경우에 감지 유닛(830)과 함께 코리올리 요소(820)는 제2 축(y)의 방향으로 진동을 일으키며, 또한 이는 감지 모드(detection mode)로서 아래 문맥에 언급된다. 최종 감지 모드의 진폭은 측정 변수로서 사용될 수 있다. 적절한 탭(834)은, 기판상에 고정되는 반대 전극과 함께 감지 유닛(830)상의 전극과 같이, 이러한 목적을 위해 요구 된다. 선택적으로, 코리올리 힘은 재설정될 수 있다. 이러한 목적에서 요구되는 것으로, 힘 발신기에 의해 힘이 감지 모드로 인가된다(예를 들어 상술한 바와 같이 전극 배열은 탭 기능과 힘 발신기 기능이 공통 전극 또는 분리된 전극을 통해 선택적으로 실행될 수 있다). 그러므로 재설정 힘의 양은 각속도의 척도이다.
또한, WO 02/16871 A1과 US 6,691,571 B2는 상술 된 바와 같이 일반적인 기판상에 서로 동시에 두개의 자이로 요소를 각각의 경우에 배열하고, 두개의 드라이브 유닛, 또 다른 스프링 요소에 의해 두개의 코리올리 요소 또는 두개의 감지 유닛을 결합하기 위한 가능성을 설명한다.
그러나 종래기술에 따르는 모든 실시예에서, 표본 질량 및/또는 코리올리 요소 및 감지 유닛은 제2 축의 방향에서 선형 가속력에 의해서, 만약 이러한 힘이 재설정 힘에 의해 보상되지 않으면, 상대적으로 중요한(major) 크기로 편향된다. 또한, "상대적으로 중요한" 편향은 상술된 결합 구조체가 고유 모드(eigen mode)(또한 "선형 모드"로서 다음 문맥에 언급되는)를 가지기 때문에 가능하며, 표본 질량 및/또는 코리올리 요소 및 감지 유닛은 제2 축의 방향의 위상(phase)에서 이동하며, 이 선형 모드의 공진 주파수는 감지 모드의 공진 주파수(ω2)보다 작다.
표현 "상대적으로 중요한"은, 제2 축 방향에서 선형의 안정상태 가속도(α)의 경우에, 편향(x)은 몇 퍼센트 까지임을 의미하는 것이거나:
Figure 112010004105689-pct00001
(1)
더 큰 것으로 이해되어야 한다(ω2는 이 경우에 감지 모드의 공진 주파수이다). 방정식은 정확히 개별 구조체에 대해 사실이다. 표본 질량 및/또는 코리올리 요소/감지 유닛의 결합이 없는 결합 구조체 때문에, 제조 공차로 인하여 다소 다른 공진 주파수를 가지는 두개의 독립적인 감지 모드가 있을 수 있고, 및/또는 약한 커플링(weak coupling)(예를 들어 무한대로 크지 않은 강성을 가지는 고체 구조체 성분에 의한)은 공통 모드/차동-모드 분열(differential-mode splitting)을 소량 초래할 수 있다.
결합은 표본 질량 및/또는 코리올리 요소 및/또는 감지 유닛의 추가적인 스프링 요소에 의하여 자유롭게 실행될 때, 개별 구조체의 감지 모드의 공진은 공통 모드 및 차동 모드로 분리된다. 차동 모드는 감지 모드에 상응하며, 그리고, 종래 기술에 관련된 예에서, 항상 일반적 모드 보다 더 높은 공진 주파수를 갖는다. 가속도-의존 편향은 방정식(1)에 의하여 주어지는 것보다 더 크다.
선형 가속력의 상기 언급된 재설정 없이, 출력 신호에서 가속도-의존 에러가 있다. 이 에러는, 단지 부분적이지만, 두개의 결합된 자이로 유닛의 경우에 의해 보상된다. 재설정은 오류 신호를 감소시키지만, 적절히 설계된 힘 발신기를 요구한다. 예를 들어, 정전기적 힘 발신기의 경우에, 전극의 요구되는 크기 및/또는 전압의 요구되는 양은 센서 요소의 기계적인 특징 및/또는 전자장치에 불리한 효과를 가진다(구조물의 수, 전력 손실, 물리적 크기).
두개의 결합된 표본 질량을 가지며 가진 모드와 감지 모드 각각은 기판 평면상에서 두개의 표본 질량의 선형 반대위상의 진동에 상응하는, 마이크로기계적인 자이로스코프 구조체는 M.F.Zaman, A. Sharma, 및 F.Ayazi의, "고 성능 정합-모드 동조 포크 자이로스코프(High Performance Matched-Mode Tuning Fork Gyroscope". 절차(Proc). 국제전자전기기술자협회(IEEE) 마이크로전기기계적 시스템 학회(MEMS 2006), 이스탄불, 터키, 2006년 1월, pp.66-69에 의해 알려진다. 첫번째 근사치에서, 감지 모드 및 선형 모드의 공진 주파수는 동일하며, 즉 선형 가속도는 표본 질량의 비교적 중요한 편향을 일으키며, 이는 에러 신호로 이끈다.
마이크로기계적인 자이로스코프 구조체는 (P.Greiff, B.Boxenhorn, T.King, and L.Niles, "실리콘 모놀리식 집적 회로로 이루어진 마이크로기계적 자이로스코프(Silicon Monolithic Micromechanical Gyroscope)", 테크. 요약, 6 번째 학술. 회의. 고체 상태의 센서 및 액츄에이터 상에서(변환기 '91), 샌 프란시스코, 캘리포니아, 미국, 1991년 6월, pp.966-968, 또는 J.Bernstein, S.Cho, A.T.King, A. Kourepins, P.Maciel 및 M.Weinberg, 마이크로전기기계적 콤-드라이브 동조 포크 레이트 자이로스코프(Micromachined Comb-Drive Tuning Fork Rate Gyroscope), 절차. 국제전자전기기술자협회. 마이크로기계공학적 시스템 학회(MEMS '93), 포트 로더달, 플로리다, 미국, 1993년 2월, pp.143-148 또는 DE 19641284) 감지 모드가 회전 진동에 상응하는 것으로 알려진다. 게다가 선형 모드의 공진 주파수는 감지 모드의 공진 주파수(ω2)보다 더욱 높도록 구조체를 설계하는 것이 가능하다. 그러므로 상술된 가속도-의존 오차는 크게 가려질 수 있다. 그러나 알려진 구조체는 z 축에서 적용될 수 있는 힘 발신기 및/또는 탭과, z 방향에서 측정될 수 있는 움직임을 요구한다.
두개의 결합된 자이로 구조체와 함께, WO 2005/066585 A1, WO 2005/066584 A1, US 6,705,164 B2, WO 02/16871 A1 및 US 6,691,571 B2의 모든 실시예에서, 단지 두개의 가진 유닛(표본 질량 또는 코리올리 요소/감지 유닛이 아닌)은 결합되며, 두개의 표본 질량 및/또는 각각의 감지 유닛과 함께 두개의 코리올리 요소의 공진 주파수는 제조 공차 때문에 나누어진다. 감지 모드의 높은 진동 Q-팩터는 마이크로기계적 자이로의 높은 정확성을 위해 이루어져야 한다. 감지 모드의 진동 넓이(또는 3dB 넓이)는 두개의 공진 주파수의 분리(splitting)보다 더 협소할 수 있다. 소위 높은 정확성을 위해 요구되는 이중-공진 작업(double resonant operation)에서, 감지 모드의 공진 주파수는 가진 모드의 공진 주파수에 일치되어야하고, 두개의 감지 모드를 개별적으로 조정할 필요가 있다. 전기 조율의 경우에, 감지 모드는 감지되고 조율되어야하며, 그러므로 대략 관련된 전자장치의 복잡도를 배가시킨다.
그러므로 본 발명의 목적은, 표본 질량 및/또는 코리올리 요소의 편향과 제2 축의 방향에서 선형 가속도의 경우에 감지 유닛의 편향이, 비록 재설정 없음에도 상당히 예방되는 회전 속도 센서를 특정하는 것이다. 게다가, 힘이 z 방향으로 적용될 수 있고 움직임이 z 방향으로 측정될 수 있어, 어떤 힘 발신기와 탭에 대한 필요성이 없다. 게다가, 기계적인 구조는, 비록 정확성 및 높은 진동 Q-팩터를 위한 엄격한 요구가 있을 때, 단지 하나의 감지 모드가 감지될(그리고 제어될) 필요가 있어 제공된다.
본 발명의 목적은 특허 청구항 1의 특성을 갖는 회전 속도 센서에 의하여 달성된다.
회전 속도 센서는 기판과 설계 평면상에서 그 기판에 상대적으로 움직일 수 있는 두개의 개별 구조체를 포함한다. 다음의 특징이 만족됨으로써, 두개의 움직이는 개별 구조체 사이는 결합이 된다:
● 결합 구조체는 설계 평면의 제1 방향으로 움직이는 개별 구조체의 반대위상으로 편향하는 제1 진동 모드를 가지며(가진 모드),
● 결합 구조체는, 제1 진동 모드가 가진 될 때와, 설계 평면에 직각인 민감축에 대하여 회전하는 동안에 코리올리 가속도에 의해 가진될 수 있는 회전 속도 센서의 제2 진동 모드를 가지며(감지 모드),
● 이상화된 전제 조건(즉, 예를 들어, 질량 요소의 강성은 무한대로 크며, 이상적인 스프링 구조(예를 들어, 길이 방향에서 무한한 강성을 가진 휘어지는 빔) 그리고 무시해도 될 정도로 작은 제조 공차)하에서, 결합 구조체는 제2 축에 평행한 방향에서 선형 가속도(linear accelerations)에 의해 가진될 수 있는 어떠한 진동 모드를 가지지 않는다.
실제 상황에서, 이 선형 모드의 최종 주파수는, 예를 들어 약 1.4 요소(factor)에 의해, 감지 모드의 주파수보다 더욱 높은 것을 보장할 필요가 있다.
이런 감지 모드는 두개의 개별 구조체를 서로 결합하는 회전 스프링 요소에 의하여 달성된다.
회전 스프링 요소의 단순한 구현은, 회전 스프링 요소가 벤딩빔(bending beams)과 고정지(anchorage)에 의해 기판(substrate)상에 대칭축에 대하여 대칭적으로 형성되며, 특히, 회전 스프링 요소는 대칭축에 대한 비틀림(torsion)을 위해 유연하고(soft), 다른 모든 하중에 대해 견고하도록(stiff) 설계되는 것에 이른다.
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특히 하나의 단순한 구현은 개별 구조체가 회전 스프링 요소를 통해 결합되는 진동체를 구성할 때 이루어진다. 이 개선은, 힘과 신호가 감지 움직임에 의존하지 않는 가진 모드를 위한 탭 및/또는 힘 발신기 사용할 때 및/또는 가진 움직임에 의존하지 않는 감지 모드를 위한 힘 발신기 및/또는 탭을 사용할 때 이득이다.
감지 모드가 반대위상의 선형 진동 또는 반대위상의 선형 진동과 회전 진동의 혼합된 형태를 낳는다.
이 경우에, 바람직하게는, x 회전 스프링 요소가 제공된다. x 회전 스프링 요소는 상대 회전과 두 작용점 사이에서 x 방향으로 거리상의 변화를 동시에 허용하는 조인트의 특징이 있다. 이 x 회전 스프링 요소(rotating spring element)는 회전 움직임을 선형 움직임(linear movements)으로 변환되도록 한다.
실시예에 의해서 회전 속도 센서의 경우에, 개별 구조체(individual structure)는 가진 유닛과 표본 질량을 구성하며, 가진 유닛은 제1 방향에서 안내되고, 표본 질량은 스프링 요소를 통해 가진 유닛에 연결되며 기판에 평행한 방향에서 그리고 제1 방향에 직각으로만 가진 유닛에 상대적으로 움직일 수 있고, 표본 질량은 회전 스프링 요소를 통해 결합된다. 특히 이 회전 속도 센서는 가진 움직임에 의존하지 않는 감지 모드(detection mode)를 위한 힘 발신기 및/또는 탭을 사용할 때 이득이다.
회전 속도 센서의 바람직한 개선에서, 개별 구조체는 가진 유닛, 코리올리 요소 및 감지 유닛을 구성하며, 가진 유닛은 스프링 요소를 통해 결합되며, 감지 유닛은 회전 스프링 요소를 통해 결합된다. 기판상에 감지 유닛의 고정지를 위한 y 스프링 요소의 사용은 회전 진동을 실행하는 것과 함께 감지 유닛을 회피하며, 게다가 감지 모드를 위한 탭으로서 평판 축전기 배열(plate capacitor arrangement)을 사용할 때 위치-의존 평판 축전기 배열의 평판 분리에서 변화를 회피한다. 게다가, 어떠한 에러 신호도 제조 공차가 가진 움직임과 감지 모드를 위한 탭 사이에서 에러 각도(error angle)를 낳을 때 감지되지 않는다.
또 다른 실시예에서 청구된 감지 모드를 위한 탭으로서 평판 분리(separation)의 변화를 가진 평판 축전기 배열은 적용된 전압이 감지 모드의 공진 주파수를 변화시키는 특성이 있다. 이것은 주파수를 조절하기 위하여 자유롭게 사용될 수 있다(이중 공진).
다른 실시예에서 청구된 감지 모드용 탭으로서 콤 드라이브는 탭 기능을 위한 조절 신호 또는 (회전-속도-의존) 재설정 전압에 의하여 평판 축전기 배열의 경우에 일어나는 공진 주파수의 조절을 회피한다.
사용되는 용어 "콤 드라이브(comb drive)"와 "평판 축전기 배열"은 다음과 같이, 이러한 적용의 목적을 위해 이해되어야 한다:
●"콤 드라이브"는 "이머징(immmerging)" 전극의 평판 형태의 축전기 배열이며, 즉 전극 겹침(overlap)이 변화한다. 일반적으로, 동일한 전극 분리는 이머징 전극의 양편에서 선택된다.
●"평판 축전기 배열"은 평판 형태에서 축전기의 배열이며, 전극 분리(eletrode separation)가 움직임 동안에 변화된다. 한편, 이의 가능한 구현은 움직이는 전극의 양편에서 서로 다른 전극 분리이거나(목적은 주파수를 단지 불균일(mistune)하지 않을 때, 또한 동일한 전극 분리를 선택하는 것이 가능하다), 반면에 움직이는 전극의 양편에서 고정된 전극이며, 각각 다른 전위를 가진다.
탭으로서 콤 드라이브를 사용할 때, 주파수 조정은 단순한 방식으로, 분리하는 조절 전극(separate tunning electrodes)을 통해 실행될 수 있다.
코리올리 자이로를 작동하기 위해, 가진 모드는 힘 발신기에 의하여 가진 된다. 코리올리 자이로가 민감축에 대하여 회전될 때, 코리올리 힘이 작용하며, 감지 모드를 가진 시킬 수 있다. 최종 진동의 진폭은 측정 변수로 사용될 수 있다. 적절한 탭이 이러한 목적을 위해 제공된다. 선택적으로, 코리올리 힘은 재설정될 수 있다. 힘 발신기는 모멘트 및/또는 힘이 감지 모드에 적용될 수 있는 것에 의하여 이 목적이 요구된다. 그러면 재설정 모멘트 또는 재설정 힘의 진폭은 각속도의 척도(measure)이다. 힘 발신기와 탭은 힘이 z 방향으로 적용될 수 있거나 움직임이 z 방향에서 측정될 수 있도록 요구되지는 않는다.
본 발명에 따르는 회전 센서의 실시예는 도면을 참조하여 아래에 설명될 것이다:
도 1은 회전 속도 센서의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 회전 속도 센서의 제1 실시예의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 회전 속도 센서의 제2 실시예의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 회전 속도 센서의 제3 실시예의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 회전 속도 센서의 제4 실시예의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 회전 속도 센서의 제5 실시예의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 7은 종래 기술에 따른 회전 속도 센서의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 8은 종래 기술에 따른 또 다른 회전 속도 센서의 개략적인 단면도를 나타 낸다.
어느 경우에, 도면에서 동일한 부품은 명확성을 보증하기 위하여, 동일한 참조 번호로 모두 제공되지 않는다. 그러나 설명된 대칭과 동일한 도면의 기초상에, 당해 기술분야의 숙련된 사람은 참조 번호가 속하는 도면에서 부품을 추론할 것이다.
모든 실시예에서, 민감축은 도면의 평면에 직각이다. 도면의 평면은, 이것에 직각이며 게다가 민감축에 평행한 z 축과 함께, x 축과 y 축에 평행한 것으로 간주 된다. 기판 표면은 x 축 및 y 축에 평행하며, 게다가 설계 평면 x-y 를 형성한다.
밝은 회색으로 도시된 모든 성분은 첫번째 근사치에서, 무한히 견고하게 여겨질 수 있는 움직이는 "질량 요소(mass elements)"를 나타낸다. 어두운 회색으로 도시된 영역은 대체로 기판과 상대적으로 이동할 수 없다. 대쉬(dashes)는 스프링 요소의 성분으로서 사용되는 벤딩빔(bending beam)을 나타낸다. 유리한 근사치를 위해, 이 벤딩빔은 길이 방향으로 무한히 견고하다. z 방향으로 벤딩빔의 크기는 길이 방향에 직각으로 도면의 평면에서 크기보다 상당히 크며, 벤딩빔은 길이 방향에 직각인 도면의 평면상에서 축 방향보다 z 방향으로 더욱 견고하다. 스프링 구조의 부품인 벤딩빔의 관성 질량/모멘트와 질량 요소는 자주, 아주 비슷하게, 무시될 수 있다.
상기한 근사치는, 예에 의하여, "본질적으로" 암시와 함께 후술한다.
특히, 많은 생산 방법은 마이크로 기술적인 방법을 포함하는 변형(variant)을 생산하기 위하여 바람직하다.
도 1에서 보이는 회전 속도 센서는 기판(묘사되지 않은)과 두개의 제1 개별 구조체(100, 200)를 갖는다. 제1 개별 구조체(100, 200)는 진동체(110, 210)를 가지며, 제1 고정점(113, 213)에서 제1 스프링 요소(111, 211)를 통해 기판에 고정된다. 제1 스프링 요소(111, 211)는 x 및 y 방향으로 유연하고, z 방향에서는 가능한 한 견고하다. 두개의 고립체(110, 210)는 커플링 스프링 구조(3), 회전 스프링 요소(4) 및 x 회전 스프링 요소(7)를 통해 결합된다.
커플링 스프링 구조(3)는 x 방향으로 부드럽고, 그리고 z 방향 및 y 방향으로 가능한 한 견고하도록 설계된다. 기판상에 벤딩빔(5) 및 고정지(6)를 구성하는 회전 스프링 요소(4)는 대칭축(10)에 대한 비틀림(torsion)을 위해 z 축방향으로 유연하고, 모든 다른 하중에 견고하도록 설계된다. 이런 다양성에서, x 회전 스프링 요소(7)의 비틀림은 배열(특히 커플링 스프링 구조체(3))에 의해 억제된다. 그러므로, x 스프링 요소는 x 회전 스프링 요소(7)(rotary spring element) 대신에 사용될 수 있으며, x 방향으로 유연하고, 모든 다른 하중에 견고하게 설계된다. 이것은 가진 모드의 제어를 향상시킨다.
가진 모드는 x 축 방향으로 진동체(110, 210)의 선형, 반대위상 진동에 대응한다. 가진 모드의 공진 주파수는 진동체(110, 210)의 질량 및 스프링 요소(111, 211)의 스프링이 경도 또는 회전 스프링 경도, 커플링 스프링 구조(3) 및 x 회전 스프링 요소(7)에 의하여 본질적으로 지배된다.
감지 모드는 z 방향으로 대칭축(10)에 대하여 진동체(110, 210)의 (일반적인)회전 진동에 대응한다. 감지 모드의 공진 주파수는 본질적으로 진동체(110, 210)의 관성 모멘트 그리고 제1 스프링 요소(111, 211) 및 회전 스프링 요소(4)의 스프링 강성(spring stiffness) 또는 회전 스프링 강성으로부터 초래한다.
제1 개별 구조체(100, 200)는 가진 모드가 가진되는 것에 의해, 제1 힘 발신기(114, 214)를 가진다. 또한, 힘 발신기는 가진 모드를 위한 탭으로 설계될 수 있거나, 탭은 추가적으로 제공되어야 한다. 설명된 예에서, 소위 콤 드라이브는 힘 발신기로서 개시된다. 이것은 진동체(110, 210)에 통합되는 제1 움직이는 가진 전극(115, 215)과, 기판에 고정되는 제1 가진 전극(116, 216)을 포함한다. 콤 드라이브는 힘 발신기와 탭으로서 동시에 사용될 수 있다.
제1 개별 구조체(100, 200)는 감지 모드가 감지되는 것에 의하여 첫 번째 탭(134, 234)을 가진다. 또한, 이 탭은 탭의 재설정 작동을 위한 코리올리 힘에 대해 보상용 힘 발신기로서 설계되거나, 또는 힘 발신기는 추가적으로 제공되어야 한다. 묘사되는 예에서, 평판 축전기 배열은 탭으로 설명되고, 평판 분리는 감지 움직임(detection movement) 동안에 변화하는 것을 특징으로 한다. 탭은 진동체(110, 210)에 포함되는 제1 움직이는 감지 전극(135, 235)과, 기판에 고정되는 제1 감지 전극(136, 236)을 구성한다. 평판 축전기 배열은 힘 발신기와 탭으로서 동시에 사용될 수 있다.
도 1의 예에서, 선형 가진 모드는 기판 평면상에서만 제어된다. 무엇보다도, 이것은 제1 정지하는 가진 전극(116, 216)과 제1 힘 발신기(114, 214)와 함께 설명되는 예의 경우에, 방해력(disturbance force)은 한 방향에서 실행되는 가진 모드(excitation mode)의 경우보다 더욱 엄격하게 감지 모드에 역으로 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 제1 힘 발신기(114, 214)와 가진 모드 사이에 추가되는 미스얼라이먼트(misalingment)는 감지 모드의 굉장한 방해 가진을 이끌 수 있다.
게다가, 제1 탭(134, 234)과 제1 정지하는 감지 전극(136, 236)에서 설명되는 예에서, 에러 신호는 제조 오차가 가진 움직임 및 탭 사이에서 에러 각도를 낳을 때 감지된다.
그러므로 도 1의 예는, 힘 발신기 및/또는 힘과 신호가 감지 움직임에 중요하게 의존하지 않는 가진 모드를 위한 탭을 사용할 때 및/또는, 탭 및/또는 신호와 힘이 가진 움직임에 중요하게 의존하지 않는 감지 모드를 위한 힘 발신기를 사용할 때, 주로 이득이 있다.
도 2에 도시된 제1 실시예는 기판(묘사되지 않은)과 두개의 제2 개별 구조체를 포함한다. 제2 개별 구조체(300, 400)는 제2 스프링 요소(311, 411)를 통해 제2 고정점(313, 413)에서 기판에 고정된 제1 가진 유닛(310, 410)을 포함한다. 표본 질량(330,430)은 y 스프링 요소(331, 431)를 통해 제1 가진 유닛(310, 410)에 연결된다. 제1 가진 유닛(310, 410)은 커플링 스프링 구조(3)에 직접 연결된다. 표본 질량(330, 430)은 회전 스프링 요소(4)와 x 회전 스프링 요소(7)에 직접 연결된다.
제2 스프링 요소(311, 411)는 x 방향으로 유연하고, y 와 z 방향으로 가능한 견고하다. 그들은 유도 특성을 향상시키기 위해 고체 요소(solid elements)(312, 412)에 연결된다. y 스프링 요소(331, 431)는 y 방향으로 유연하고, x 와 z 방향으로 가능한 견고하다. 커플링 스프링 구조(3)는 x 방향으로 유연하고, z 방향으로 견고하며, y 방향으로는 가능한 견고하도록 설계된다. 회전 스프링 요소(4)는, 벤딩빔(5) 및 고정지(6)를 기판상에 구성하며, 대칭축(10)에 대한 비틀림을 위하여 z 방향으로 유연하고, 모든 다른 하중에 대해서 견고하도록 설계된다. x 회전 스프링 요소(7)는 x 방향으로 유연하고, 대칭축(11)에 대한 비틀림을 위하여 z 방향으로 유연하나, 다른 모든 하중에 대해서는 견고하도록 설계된다.
가진 모드는 x 축 방향으로, 표본 질량(330, 430)과 함께 제1 가진 유닛(310, 410)의 선형, 반대위상의 진동에 대응한다. 가진 모드의 공진 주파수는 본질적으로 제1 가진 유닛(310, 410)과 표본 질량(330, 430)의 질량뿐만 아니라 제2 스프링 요소(311, 411), 커플링 스프링 구조(3) 및 x 회전 스프링 요소(7)의 스프링 강성 및 회전 스프링 강성에 기인한다.
감지 모드는 (일반적인)"회전 진동 타입"에 대응하며, 즉 회전 진동과 반대위상의 선형 진동의 결합, z 방향으로 대칭축에 대한 표본 질량(330, 430)의 결합이며, 표본 질량(330,430)은 y 스프링 요소(331, 431)에 의해 y 방향으로 안내되며 기울어지지 않는다. 감지 모드의 공진 주파수는 본질적으로 표본 질량(330, 430)의 관성 질량 및 모멘트와 y 스프링 요소(331, 431), 회전 스프링 요소(4) 그리고 x 회전 스프링 요소(7)의 스프링 강성 및 회전 스프링 강성에 기인한다.
제2 개별 구조체(300, 400)는 가진 모드가 가진되는 것에 의한 제2 힘 발신기(314, 414)를 포함한다. 이 제2 힘 발신기(314, 414)는 가진 모드를 위한 탭의 형태이거나, 탭이 추가적으로 제공되어야 한다. 묘사된 예에서, 소위 콤 드라이브는 제2 힘 발신기(314, 414)로서 보여진다. 이것은 제1 가진 유닛(310, 410)에 통합되는 제2 움직임 가진 전극(315, 415)과, 기판상에 고정되는 제2 가진 전극(316, 416)을 구성한다. 묘사된 예에서, 두개의 제2 개별 구조체(300, 400)의 제2 힘 발신기를 위한 중심에 배열되어 고정된 가진 전극은 하나의 힘 발신기(14)를 형성하기 위하여 각각의 경우에 결합되며, 이것은 본질적이지 않으나, 요구되는 연결 수를 감소한다. 외측의 제2 고정된 가진 전극은, 예를 들어 상응하는 전도체 트랙(conductor track)에 의해 비슷하게 결합될 수 있다. 콤 드라이브는 동시에 힘 발신기 및 탭으로서 사용될 수 있다.
제2 개별 구조체(300, 400)는 감지 모드가 감지되는 것에 의하여 제2 탭(334, 434)을 가진다. 이 탭은 코리올리 힘에 대한 보상용 힘 발신기로서 재설정 모드를 위해 설계되거나, 힘 변환기는 추가적으로 제공되어야 한다. 설명된 예에서, 평판 축전기 배열은 감지 움직임 동안에 평판 분리 변화(plate separation changing)와 함께, 제2 탭으로서 보여진다. 제2 탭은 표본 질량(330, 430)에 통합되는 제2 움직임 감지 전극(335, 435)과, 기판에 고정되는 제2 감지 전극(336, 436)을 구성한다. 평판 축전기 배열은 힘 발신기와 탭으로서 동시에 사용될 수 있다.
또한, 제1 실시예에서, 표본 질량은 가진 움직임을 실행한다. 이것은 제2 정지하는 감지 전극(336, 436)과 제2 탭(334, 434)과 함께 묘사된 예에서, 에러 신호는 제조 공차가 가진 움직임과 제2 탭(334, 434)사이에서 에러 각도를 낳을 때 감지된다. 그러므로 제1 실시예는 가진 움직임에 의존하지 않는 탭의 신호를 사용할 때 특히 이득이 있다.
도 3에 도시된, 제2 실시예는 기판(묘사되지 않은)과 두개의 제3 개별 구조체(500, 600)를 가진다. 제3 개별 구조체는 제2 가진 유닛(510, 610)을 가지며, 이는 제3 고정점(513, 613)에서 제3 스프링 요소(511, 611)를 통해 기판에 고정된다. 코리올리 요소(520, 620)는 y 스프링 요소(521, 621)를 통해 제2 가진 유닛(510, 610)에 연결된다. 감지 유닛(530, 630)은 또 다른 x 회전 스프링 요소(531, 631)를 거쳐 코리올리 요소(520, 620)에 연결된다. 제2 가진 유닛(510, 610)은 커플링 스프링 구조체(3)에 직접 연결된다. 감지 유닛(530, 630)은 회전 스프링 요소(4)에 직접 연결된다.
제3 스프링 요소(511, 611)는 x 축 방향으로 유연하며 y 및 z축 방향으로 가능한 견고하다. 그들은 유도 특성을 향상시키기 위하여 고체 요소(512, 612)에 연결된다. y 스프링 요소(521, 621)는 y 방향으로 유연하고, x 와 z 방향으로 가능한한 견고하다. 또 다른 x 회전 스프링 요소(531, 631)는 그들이 x 방향으로 그리고 대칭축(12)에 대한 비틀림을 위하여 z 방향으로 유연하게 설계되나(도면에서 다른것 위에서 배열된 두개의 개별 스프링 요소), 다른 모든 하중에 대하여 견고하다. 이상적으로, 또 다른 x 회전 스프링 요소(531, 631)는 조인트의 특성을 가지며, 상대적인 회전과 동시에 코리올리 요소와 감지 유닛 사이의 x 방향에서 거리상의 변화를 허용한다.
커플링 스프링 구조(3)는 x 방향으로 유연하고, x 및 y 방향에서 견고하게 설계된다. 회전 스프링 요소(4)는, 벤딩빔(5)과 고정대(6)를 기판상에 포함하며, 대칭축(10)에 관한 비틀림을 위하여 z 방향으로 유연하고, 모든 다른 하중에 대하 견고하게 설계된다.
가진 모드는 x 축의 방향에서 코리올리 요소(520, 620)와 함께 제2 가진 유닛(510, 610)의 선형, 반대위상의 진동에 대응한다. 가진 모드의 공진 주파수는 본질적으로 제2 가진 유닛(510, 610) 및 코리올리 요소의(520, 620) 질량으로부터 초래하고, 그리고 스프링 강성 또는 제3 스프링 요소(511, 611), 또 다른 x 회전 스프링 요소(531, 631) 및 커플링 스프링 구조(3)의 회전 스프링 강성으로부터 초래한다.
감지 모드는 z 방향으로 대칭축(10)에 대하여 감지 유닛(530, 630)의 (일반적인)회전 진동에 대응한다. 이 경우에 코리올리 요소(520, 620)는 "회전 진동의 타입(type of rotary oscillation)"을 실행한다. 그들은 y 스프링 요소(521, 621)에 의해 제3 가진 유닛(510, 610)에 상대적으로 y 방향으로 유도되며, 상응하는 감지 유닛(530, 630)에 대하여 또 다른 x 회전 스프링 요소(531, 631)에 의하여 회전될 수 있다. 감지 모드의 공진 주파수는 본질적으로 코리올리 요소(520, 620)와 감지 유닛(530, 630)의 관성 질량/모멘트로부터 기인하며, 뿐만 아니라 스프링 강성 및 회전 스프링 강성, 특히 회전 스프링 요소(4), 또 다른 x 회전 스프링 요소(531, 631) 그리고 y 스프링 요소(521, 621)의 회전 스프링 강성으로부터 기인한다.
제3 개별 구조체(500, 600)는 가진 모드가 가진되는 것에 의하여 제3 힘 발신기(514, 614)를 가진다. 이 힘 발신기는 가진 모드를 위한 탭이거나, 탭은 추가적으로 제공되어야 한다. 묘사된 예에서, 소위 콤 드라이브는 제3 힘 발신기(514, 614)로 보여진다. 이것은 제2 가진 유닛에 통합되는 세 개의 움직이는 가진 전극(515, 615)과, 기판에 고정되는 제3 가진 전극(516, 616)을 구성한다. 콤 드라이브는 동시에 힘 발신기 및 탭으로 사용될 수 있다.
제3 개별 구조체(500, 600)는 감지 모드가 감지되는 것에 의하여 세 개의 탭(534, 634)을 가진다. 이 탭은 재설정 모드(reset mode)를 위한 코리올리 힘에 대한 보상을 위한 힘 발신기로서 설계되거나, 힘 발신기는 추가적으로 제공되어야 한다. 묘사된 예에서, 평판 축전기 배열은 감지 움직임 동안에 평판 분리 변화와 함께 제3 탭(534, 634)으로 보여진다. 제3 탭(534, 634)은 감지 유닛(530, 630)에 통합되는 움직이는 제3의 감지 전극과, 기판에 고정되는 제3의 감지 전극(536, 636)을 구성한다. 평판 축전기 배열은 힘 발신기 및 탭으로 동시에 사용될 수 있다.
또한, 콤 드라이브는 감지 유닛이 가진 움직임을 실행하지 않기 때문에, 감지 모드를 위한 탭(그리고 힘 발신기로서)으로 사용될 수 있음이 강조되어야 한다. 감지 모드를 위한 탭으로서 평판 분리에서 변화와 함께 평판 축전기 배열은 적용된 전기 전압이 감지 모드의 공진 주파수를 변화시키는 특징을 가진다. 한편, 이것은 주파수(이중 공진)를 조절하는데 의도적으로 사용될 수 있다. 반면에, 예를 들어, 공진 주파수는 탭 기능을 위한 조절 신호 또는 (회전-속도-의존)재설정 전압에 의해 조절될 수 있다. 이 불리한 점은 콤 드라이브에 발생하지 않는다. 또한, 콤 드라이브를 사용할 때, 평판 분리에서 변화와 함께 평판 축전기 배열은, 상술한 주파수 조절을 실행할 수 있기 위하여 통합될 수 있다.
또 다른 힘 발신기, 탭 및/또는 주파수 조절 장치(524, 624)는 코리올리 요소(520, 620)를 위하여 제공될 수 있음을 알아야 한다. 설명된 예는 평판 분리에서 변화와 함께 평판 축전기 배열에 관계한다. 배열은 코리올리 요소(520, 620)에 통합되는 움직이는 전극과, 기판에 고정되는 조절 전극(526, 626)을 포함한다(오직 하나의 전극은 각각의 경우에 설명된다).
제2 실시예에서, 감지 유닛(530, 630)은 회전 진동을 함께 실시한다. 정지하는 세 개의 전극(536, 636)에서 세 개의 탭(534, 634)과 함께 묘사된 예에서, 이것은 위치에 의존하는 평판 축전기 배열의 평판 분리에서 변화로 이끌며, 설계와 선형화를 위한 추가적인 복잡도를 낳는다. 다른 해결책은 예를 들어, 탭/힘 발신기로서 상술한 콤 드라이브를 사용하고, 장치(524, 624)에 의하여 주파수 조절을 실행하는 것이다.
도 4에서 보여지는, 제3 실시예는 다음의 변경과 함께 대체적으로 제2 실시예에 대응한다.
● 고체 요소(512, 612)는 그들의 특성을 더욱 향상시키기 위하여 연속적이다.
● 커플링 스프링 구조(3)는 바깥쪽으로 접혀진다.
● 두개의 제3 개별 구조체(500, 600)의 중심으로 배열된 제3 힘 발신기(514, 614)를 위한 중심으로 배열된 고정된 전극은 각각의 경우에 힘 발신기(14)를 형성하기 위하여 결합되며, 게다가 연결 수를 줄일수 있다.
도 5에서 보는 바와 같이, 제4 실시예는 다음의 변경과 함께, 대체로 제3 실시예에 대응한다:
가진 유닛(510, 610)을 코리올리 요소(520, 620)에 연결하는 y 스프링 요소(521, 621)는 변형된다. 이것은 제3 실시예(도 4)에서 한편에 조여지는(clamped) 코리올리 요소(520, 620)와 반대로 두 측면에 조여지는 코리올리 요소(520, 620)를 낳는다. 한편에서, 조임(clamping)은 직교 보상을 허락하며, 즉 가진 가속도를 감지 모드로 변화하여 균형을 이룬다. 그러나 감지 모드의 주파수는 가진 가속도(excitation acceleration)에 의하여 조절된다. 양편에서 이것을 조일 때, 직교 보상은 많이 줄어드나, 직교항은 더 작아지며, 감지 모드의 주파수는 가진 가속도에 의하여 더 작은 크기로 조절된다. 게다가 x 회전 스프링 요소(531, 631)는 직교 보상을 줄어든 크기로 허용하며, 더욱이 감지 모드의 주파수를 조절한다. 무시해도 될 정도로 낮은 x 강성을 가진 이상적인 x 회전 스프링 요소의 경우에, 이 효과는 사라진다.
도 6에서 묘사된 바와 같이, 제5 실시예는 제4 실시예와 비교하여 다음의 변경을 가진다:
감지 유닛(530, 630)은 고정점(533, 633)에서 또 다른 y 스프링 요소(532, 632)를 거쳐 기판에 추가적으로 고정된다. x 회전 스프링 요소(7)는 회전 스프링 요소(4)와 감지 유닛(530, 630) 사이에 배열된다. 감지 유닛(530, 630)을 코리올리 요소(520, 620)에 연결되는 x 스프링 요소(531b, 631b)는 양측의 기초에 설계될 수 있다. x 스프링 요소(531b, 631b)는 x 방향으로 유연하게 설계될 수 있지만, 다른 모든 하중에 견고하다. 또 다른 y 스프링 요소(532, 632)는 y 방향으로 유연하지만, 다른 모든 하중에 견고하게 설계된다.
x 회전 스프링 요소(7)는 x 방향으로 유연하고, 대칭축(11)에 대한 비틀림을 위하여 y 방향으로 유연하고, 다른 모든 하중에 견고하게 설계된다.
가진 모드의 공진 주파수는 본질적으로 제2 가진 유닛(510, 610)의 질량과 코리올리 요소(520, 620)에 기인할 뿐만 아니라 스프링 강성 또는 제3 스프링 요소(511, 611), x 스프링 요소(531b, 631b), 커플링 스프링 구조(3) 및 x 회전 스프링 요소(7)의 회전 스프링 강성에 기인한다.
감지 모드는 감지 유닛(530, 630)과 z 방향으로 대칭축(10)에 대한 코리올리 요소(520, 620)의 회전 진동의 (일반적인) 타입에 대응한다. 제2, 3 그리고 4의 실시예에서, 각 경우에 코리올리 요소(520, 620)는 y 방향으로 대략 선형, 반대위상 진동으로 움직인다. 또한, 제5 실시예에서, 감지 유닛(530, 630)은 또 다른 y 스프링 요소(532, 632)에 의하여 y 방향으로 유도된다. 그들은 x 회전 스프링 요소(7)에 의하여, 회전 스프링 요소(4)와 상대적으로 축(11) 둘레를 회전할 수 있다. 게다가, 또한 그들의 움직임은 y 방향에서 선형적으로, 반대위상의 진동에 대략 대응한다. 감지 모드의 공진 주파수는 본질적으로 코리올리 요소(520, 620) 및 감지 유닛(530, 630)의 관성 질량/모멘트에 기인하며, 그리고 스프링 강성 및 회전 스프링 강성, 특히 회전 스프링 요소(4), x 회전 스프링 요소(7), 또 다른 y 스프링 요소(532, 632) 및 코리올리 요소(520, 620)를 가진 유닛(510, 610)에 연결하는 y 스프링 요소(521, 621)의 회전 스프링 강성에 기인한다.
제2, 3, 및 4의 실시예와 반대로, 제5 실시예는 회전 진동을 함께 실행하는 감지 유닛(530, 630)과, 제3 정지하는 감지 전극(536, 636)에서 제3 탭(534, 634)과 함께 묘사된 예에서 위치에 의존하는 평판 축전기 배열의 평판 분리에서 변화를 회피한다. 게다가, x 스프링 요소(531b, 631b)에 의하는 가진 모드의 움직임으로부터 x 회전 스프링 요소(7)의 분리 때문에, 직교 항목은 더 적게 되고, 가진 가속도에 의하는 감지 모드의 주파수 조절은 제한된다(suppressed). 또한, 이것은 직교 보상이, 이전 실시예에서 제안된 바와 같이, 불가능함을 의미한다. 도 4에 묘사된 바와 같이, 스프링 요소(521, 621)에 의하는 한측면에서 코리올리 요소(520, 620)의 조임에 의하여, 이 효과는 도 6에 보여지는 실시예에 또한 포함될 수 있으며, 직교 보상을 위해 사용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 기판(substrate)과 설계 평면(design plane)(x-y)에서 기판에 상대적으로 움직일 수 있는 두개의 멀티파트 개별 구조체(two multipart individual structure) (300, 400, 500, 600)를 가지는 회전 속도 센서(ratation rate sensor)로서,
    두개의 개별 구조체(300, 400, 500, 600)는 결합되어 구조체를 형성함으로써,
    - 결합 구조체는 가진 모드(excitation mode)로서 설계 평면(x-y)에서 제1 방향(x)으로 움직이는 구조체들의 반대위상으로 편향하는 제1 진동 모드(a first oscillation)와,
    - 결합 구조체는 제1 진동 모드가 가진 될 때와, 설계 평면(x-y)에 직각인 민감축(z)의 둘레를 회전하는 동안에, 코리올리 가속도에 의하여 가진 되는, 회전 속도 센서의 감지 모드로서 제2 진동 모드(second oscillation mode)를 갖는 회전 속도 센서에 있어서,
    회전 스프링 요소(4)는 민감축(z)에 평행한 대칭축(10)에 대한 비틀림을 위해 유연하며, 다른 모든 하중에 견고하도록 제공되며, 그리고 두개의 개별 구조체(300, 400, 500, 600)가 서로 결합되어서, 일부 개별 구조체는 대칭축(10)에 대한 공통 회전 진동(common rotary oscillation)을 일으키며, 감지 모드는 제1축(x)에 직각인 제2축(y)을 따라, 회전 진동으로부터 전달되는, 두개의 개별 구조체(300, 400, 500, 600)중 일부가 반대위상으로 선형 진동하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    회전 스프링 요소(4)는 기판상에 벤딩빔(bending beams)(5)과 고정지(anchorage)(6)를 포함하며, 대칭축(10)에 대하여 대칭적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    개별 구조체(300, 400)는 가진 유닛(310, 410) 및 표본 질량(330, 430)을 포함하고, 가진 유닛(310, 410)은 제1 방향(x)으로만 움직일 수 있고 커플링 스프링 구조체(3)를 통해 결합되며, 표본 질량(330, 430)은 y 스프링 요소(331, 431)를 통해 가진 유닛(310, 410)에 결합되며,
    그리고 y 스프링 요소(331, 431)는 제1 방향(x)으로 견고하며 민감축(z)에 평행하고, 제2 방향(y)으로 유연하며, 그리고
    표본 질량(330, 430)은 x 회전 스프링 요소(7)를 통해 회전 스프링 요소(4)에 결합되며, x 회전 스프링 요소(7)는 민감축(z)에 평행한 대칭축(11)을 가지며, 각각의 경우에 개별 구조체(300, 400)와 회전 스프링 요소(4) 사이에 제공되고, x 방향과 대칭축(11)에 대한 비틀림(torsion)을 위해 유연하며, 다른 모든 하중에 대해 견고한 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
  4. 제 2 항에 있어서,
    개별 구조체(500, 600)는 가진 유닛(510, 610), 코리올리 요소(520, 620) 및 감지 유닛(530, 630)을 포함하며, 가진 유닛(510, 610)은 커플링 스프링 구조체(3)를 통해 결합되고, 감지 유닛(530, 630)은 회전 스프링 요소(4) 및 x 회전 스프링 요소(7)를 통해 결합되며, 그리고 코리올리 요소(520, 620)는 y 스프링 요소(521, 621)를 통해 가진 유닛(510, 610)에 연결되고, 그리고 감지 유닛(530, 630)은 x 스프링 요소(531b, 631b)를 통해 코리올리 요소(520, 620)에 연결되며, 그리고
    개별 구조체(500, 600)는 또 다른 y 스프링 요소(532, 632)를 더 포함함으로써 감지 유닛(530, 630)이 기판상에 고정되며, 또 다른 y 스프링 요소(532, 632)는 제2 축(y) 방향으로는 유연하며, 다른 모든 하중에 대해서는 견고하도록 설계되며, x 회전 스프링 요소(7)는 민감축(z)에 평행한 대칭축(11)을 가지며, 각각의 경우에 개별 구조체(500, 600)와 회전 스프링 요소(4) 사이에 제공되어, x 방향 및 자신들의 대칭축(11)에 대한 비틀림을 위해 유연하고, 다른 모든 하중에 대해 견고한 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
  5. 제 1 항 내지 제 2 항 중 한 항에 있어서,
    감지 모드는 제2 방향(y)을 따라 두개의 개별 구조체(300, 400, 500, 600)중 일부가 반대위상으로 선형 진동하는 혼합된 형태이며, 그리고
    민감축(z)에 대한 두개의 개별 구조체(300, 400, 500, 600)중 다른 일부가 회전 진동하는 혼합된 형태인 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서
  6. 제 5 항에 있어서,
    개별 구조체(500, 600)는 가진 유닛(510, 610), 코리올리 요소(520, 620) 및 감지 유닛(530, 630)을 포함하며, 코리올리 요소는 y 스프링 요소(521, 621)를 통해 가진 유닛(510, 610)에 연결되며, 가진 유닛(510, 610)은 커플링 스프링 구조체(3)를 통해 결합되고, 감지 유닛(530, 630)은 회전 스프링 요소(4)를 통해 결합되며, 그리고
    축(z)에 평행한 대칭축(11)을 가지는 x 회전 스프링 요소(531, 631)는, 각각의 경우에 코리올리 요소(520, 620)와 감지 유닛(530, 630) 사이에 제공되며, x 회전 스프링 요소(531, 631)는 x 방향 및 대칭축(11)에 대한 비틀림을 위해 유연하며, 다른 모든 하중에 견고한 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    개별 구조체(300, 400, 500, 600)는 가진 모드의 가진을 위한 힘 발신기(314, 414, 514, 614)를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    개별 구조체(300, 400, 500, 600)는 가진 모드를 위한 탭(taps)을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    개별 구조체(300, 400, 500, 600)는 감지 모드의 감지를 위한 탭(334, 434, 534, 634)을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
  10. 제 9 항에 있어서,
    감지 모드의 감지를 위한 탭(334, 434, 534, 634)은 평판 축전기 배열인 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
  11. 제 9 항에 있어서,
    감지 모드의 감지를 위한 탭(534, 634)은 콤 드라이브(comb drive)인 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
  12. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    개별 구조체(300, 400, 500, 600)는 가진 모드를 재설정하기 위한 힘 발신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
  13. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    튜닝 전극(524, 624)은 개별 구조체(300, 400, 500, 600)의 공진 주파수를 동조시키기 위하여 제공되는 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
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