RU2566534C1 - Инерциальный датчик угловой скорости типа балансной мэмс и способ балансировки такого датчика - Google Patents

Инерциальный датчик угловой скорости типа балансной мэмс и способ балансировки такого датчика Download PDF

Info

Publication number
RU2566534C1
RU2566534C1 RU2014127542/28A RU2014127542A RU2566534C1 RU 2566534 C1 RU2566534 C1 RU 2566534C1 RU 2014127542/28 A RU2014127542/28 A RU 2014127542/28A RU 2014127542 A RU2014127542 A RU 2014127542A RU 2566534 C1 RU2566534 C1 RU 2566534C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
masses
frame
support
sensor
electrostatic
Prior art date
Application number
RU2014127542/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Ален ЖАНРОЙ
Original Assignee
Сажем Дефанс Секюрите
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сажем Дефанс Секюрите filed Critical Сажем Дефанс Секюрите
Application granted granted Critical
Publication of RU2566534C1 publication Critical patent/RU2566534C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5719—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using planar vibrating masses driven in a translation vibration along an axis
    • G01C19/5733—Structural details or topology
    • G01C19/574—Structural details or topology the devices having two sensing masses in anti-phase motion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0018—Structures acting upon the moving or flexible element for transforming energy into mechanical movement or vice versa, i.e. actuators, sensors, generators
    • B81B3/0021—Transducers for transforming electrical into mechanical energy or vice versa
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/02—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B81C99/0005—Apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of microstructural devices or systems, or methods for manufacturing the same
    • B81C99/0025—Apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of microstructural devices or systems not provided for in B81C99/001 - B81C99/002
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B81C99/003—Characterising MEMS devices, e.g. measuring and identifying electrical or mechanical constants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B81C99/0035—Testing
    • B81C99/0045—End test of the packaged device

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

Изобретение относится к вибрационному инерциальному датчику угловой скорости, такому как гирометр или гироскоп, и к способу балансировки этого датчика. Вибрационный инерциальный датчик угловой скорости типа МЭМС содержит опору для, по меньшей мере, двух масс, которые установлены с возможностью перемещения по отношению к опоре, и, по меньшей мере, один электростатический привод и, по меньшей мере, один электростатический детектор, которые предназначены соответственно для выработки и обнаружения колебания масс, при этом массы подвешены в рамке, которая присоединена с помощью средства подвешивания к опоре так, что массы и рамка имеют три степени свободы в плоскости относительно опоры. Технический результат - повышение точности балансировки датчика. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к вибрационному инерциальному датчику угловой скорости, такому как гирометр или гироскоп, и к способу балансировки этого датчика.
Более конкретно настоящее изобретение относится к микроэлектромеханическим датчикам, которые также называются как МЭМС (микроэлектромеханические системы). Эти датчики производятся путем группового травления на пластине из материала с очень маленькой толщиной, при этом они являются маленькими, легкими и относительно недорогими, что позволяет их использовать в многочисленных областях применения, как в специализированных технических изделиях, так и в товарах широкого потребления.
Области применения этих датчиков включают в себя инерциальное измерение углов (свободный гироскоп) и угловых скоростей (скоростной гироскоп).
Вибрационные угловые инерциальные датчики типа МЭМС подразделяются на два семейства согласно определению резонатора. Резонатор может представлять собой деформируемое тело, в общем, асимметричное, в форме кольца, цилиндра, полусферы и диска. Резонатор может также состоять из одной или более недеформируемых масс, подсоединенных к опоре с помощью упругих элементов. Каждый датчик содержит приводы, предназначенные для установки деформируемого резонатора или системы масс/упругих элементов, колеблющихся на резонансной частоте системы, и детекторы деформаций деформируемого резонатора или перемещений системы масс/упругих элементов устанавливаются между деформируемым резонатором или системой масс/упругих элементов и опорой.
Производительность любого вибрационного инерциального датчика вытекает непосредственно из стабильности анизотропии затухания резонатора. Эта стабильность обусловлена:
- постоянной времени τ (равной механическому перенапряжению Q, деленному на τ и на частоту f, то есть τ=Q/(πf)) резонатора, регулирующего количество энергии, которое необходимо будет затратить на поддержание резонатора в резонансе,
- динамической балансировкой резонатора, чтобы, с одной стороны, ограничить внешние потери энергии на выходе датчика и, с другой стороны, ограничить искажения колебания резонатора через вибрирующую окружающую среду датчика на рабочей частоте.
В области вибрационных датчиков типа МЭМС это проявляется посредством:
- использования кремния в качестве материала для получения относительно высокого перенапряжения,
- наличия, по меньшей мере, двух масс, установленных симметрично таким образом, чтобы массы перемещались в противофазе, тем самым обеспечивая балансировку первого порядка.
Таким образом, вибрационные инерциальные датчики угловой скорости типа МЭМС с самой высокой производительностью имеют четыре массы, расположенные согласно квадратной конфигурации.
Однако повышение производительности этих датчиков ограничено дефектами производства датчиков.
Эти производственные дефекты приводят к динамической неуравновешенности, которая возникает в результате смещения общего центра тяжести масс на частоте колебаний. Эта динамическая неуравновешенность вызывает силы реакции в опоре и поэтому приводит к потере энергии колебаний. Это тем более трудно, так как маленький размер датчиков увеличивает воздействие производственных дефектов на точность измерений. Действительно, для МЭМС отношение [производственный дефект/характерные размеры] ухудшается по отношению к макроскопическому датчику. Это приводит к высокой динамической неуравновешенности относительно массы резонатора.
Результатом маленькой массы резонатора является то, что это затрудняет измерение дефектов динамической балансировки, поскольку нагрузки, которые вызывает разбалансировка, являются слишком маленькими для того, чтобы можно было измерить их. Кроме того, даже в том случае, если бы результат был бы успешным при выполнении этого измерения, было бы трудно скорректировать разбалансировку путем локального удаления или добавления материала из-за маленького размера датчика. Кроме того, такая коррекция путем удаления или добавления материала будет обладать тем недостатком, что она не позволит компенсировать изменения при разбалансировке в зависимости от температуры и времени.
Традиционно неуравновешенный резонатор жестко фиксируют на значительной рабочей массе по цене повышенной чувствительности к вибрациям и при меньшей механической устойчивости.
В случае резонаторов с несколькими массами это приводит к тому же к независимости от чувствительных масс. Механическое соединение, обеспечивающее компенсацию первого порядка смещений масс, гарантируется затем с помощью рычагов, взаимно соединяющих массы таким образом, чтобы ограничить их до смещения в противофазе. Производство датчика в дальнейшем становится сложным и дорогим. Кроме того, балансировка затруднена разрастанием степеней свободы, которое возникает в результате количества масс и количества соединяющих рычагов между массами, которые оказывают влияние на другие массы любой балансировочной коррекции, которая выполняется на одной из масс. По тем же причинам электронная балансировка посредством алгоритма коррекции является сложной для выполнения.
Изобретение является следствием другого подхода, задача которого состоит в том, чтобы улучшить вибрационные инерциальные датчики угловой скорости типа МЭМС.
С решения этой задачи выполнен согласно изобретению вибрационный инерциальный датчик угловой скорости типа МЭМС, содержащий опору, по меньшей мере, две массы, подвешенные в рамке, смонтированные с возможностью перемещения по отношению к опоре с помощью средства подвешивания, по меньшей мере, один электростатический привод и, по меньшей мере, один электростатический детектор. Этот привод и этот детектор предназначены соответственно для получения и обнаружения вибрации масс.
Таким образом, устранено прямое механическое соединение с помощью рычагов между массами. Действительно, механическое соединение между массами выполнено в настоящем изобретении с помощью подвесной рамки, тем самым упрощая конструкцию датчика. Привод и детектор, например, устанавливаются по отдельности между одной из масс и рамкой и действуют, как и раньше.
Предпочтительно, по меньшей мере, один датчик нагрузки устанавливается между рамкой и опорой, и, по меньшей мере, одна электростатическая пружина устанавливается между рамкой и одной из масс и корректируется таким образом, чтобы обеспечить динамическую балансировку датчика в зависимости от сигнала измерения датчика нагрузки.
Балансировку можно получить с помощью данной конструкции путем измерения анизотропии (или различия) по частоте между двумя системами масс/подвешивания и путем устранения этой анизотропии. Измерение анизотропии можно выполнить косвенным образом путем измерения результата разбалансировки, которая создается частотной анизотропией. Коррекция балансировки выполняется предпочтительно путем управления электростатической пружиной таким образом, чтобы добавить отрицательную электростатическую жесткость к жесткости системы масс/подвешивание, которая обладает самой высокой частотой таким образом, чтобы скорректировать внутреннее различие по угловой частоте из-за производственных дефектов и временным и тепловым изменениям параметров каждой из систем масс/подвешивания. Регулировка, основанная на нулевой подстройке, не требует какого-либо точного контрольного растягивающего усилия или стабильных коэффициентов усиления на уровне электронного оборудования для обработки датчика.
Задачей настоящего изобретения является также способ балансировки этого датчика.
Другие характеристики и преимущества изобретения будут очевидны после прочтения описания, которое сопровождается неограничивающими и конкретными вариантами осуществления изобретения.
Далее приводится ссылка на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 показан схематичный вид первого варианта осуществления датчика согласно изобретению,
на фиг. 2 - схематичный вид, иллюстрирующий принцип работы этого датчика,
на фиг. 3 - схематичный вид второго варианта осуществления датчика согласно изобретению,
на фиг. 4 - схематичный вид третьего варианта осуществления датчика согласно изобретению,
на фиг. 5 - схематичный вид варианта осуществления блока управления для датчика согласно изобретению.
Со ссылкой на фигуры изобретение относится к вибрационному инерциальному датчику угловой скорости типа МЭМС, предназначенному для образования свободного гироскопа или скоростного гироскопа.
Датчик согласно изобретению содержит опору 1 и, по меньшей мере, две массы 2, которые установлены с возможностью перемещения по отношению к опоре 1 и которые связаны с электростатическими приводами 3 и с электростатическими детекторами 4.
Массы 2 подвешиваются с помощью средства 5 подвешивания в рамке 6, непосредственно соединенной с опорой 1 с помощью средства 7 подвешивания. Средства 5 и 7 подвешивания являются изотропными в плоскости XY, определяющей плоскость подвешивания масс датчика, и производятся таким образом, чтобы проявлять значительную жесткость вдоль оси, перпендикулярной к плоскости датчика, чтобы устранить степени свободы масс 2 и опоры 6 за пределами плоскости. Каждая масса 2 опоры 6 имеет три степени свободы в плоскости, а именно может линейно перемещаться в двух направлениях (вдоль осей Х и Y) и вращаться (вокруг оси, перпендикулярной к плоскости XY).
Для каждой из осей Х и Y привод 3 и детектор 4 устанавливаются между каждой из масс 2 и рамкой 6. Приводы 3 и детекторы 4 имеют известную конструкцию в виде гребенчатых электродов, чьи зубья взаимно вставлены друг в друга. Гребни приводов 3 и детекторов 4 могут иметь режим работы с переменным зазором или с переменной площадью поверхности.
Массы 2 являются одинаковыми и имеют квадратную форму, причем на их сторонах расположены приводы 3 и детекторы 4. Средства 5 подвешивания расположены на вершинах каждой массы 2.
Две электростатические пружины 8 установлены между рамкой 6 и каждой из масс 2 таким образом, чтобы действовать соответственно по осям Х и Y. Электростатические пружины 8 имеют известную конструкцию в форме гребенчатых электродов, чьи зубья вставлены друг в друга. Гребни электростатических пружин 8 имеют режим работы с переменным зазором.
Детекторы эффекта разбалансировки, в данном случае более конкретно датчики силы, выполнены как единое целое со средством 7 подвешивания для того, чтобы обеспечить сигнал измерения, представляющий нагрузки, передаваемые на опору 1 рамкой 6. Эти датчики известны сами по себе и могут представлять собой пьезорезистивные или пьезоэлектрические тензодатчики.
Изготовление датчика согласно изобретению производится на основе традиционных технологий травления пластин полупроводникового материала. Полупроводниковым материалом, который используется в данном случае, является кремний.
Приводы 3 и детекторы 4 соединены электрическими проводниками (сами по себе известны) с блоком 9 управления (также известен сам по себе), который запрограммирован для управления приводами 3 и обработки сигналов детекторов 4, чтобы обеспечить обнаружение величины угловой скорости вокруг оси, перпендикулярной к плоскости смещения масс 2.
Электростатическая пружина 8 и датчики силы, выполненные как единое целое со средством 7 подвешивания, аналогичным образом соединены с блоком 9 управления, который программируется для подстройки электростатических пружин 8 в зависимости от сигналов упомянутых датчиков силы, которые демодулируются в зависимости от частоты колебаний масс 2 для того, чтобы устранить разбалансировку на частоте колебаний таким образом, чтобы обеспечить балансировку датчика.
Работа блока управления изображена на фиг. 5 при определении изменения Δkn жесткости для балансировки датчика согласно степени свободы "n". Здесь символически изображены эллиптические колебания большой оси "а" и малой оси "b". Большая ось колебания образует угол 9 в системе координат XY. Реализация гироскопа приводит к определению элементов управления С1 и С2 приводами 3 в зависимости от перемещений η1, η2, обнаруженных с помощью датчиков 4. Зная, что значения ηl=a.cosθcosφ+q.sinθsinφ и η2=a.sinθsinφ+q.cosθcosφ, можно произвести оценку a, q, θ и φ. Зная нагрузки εη, обнаруженные с помощью датчиков 7, блок управления вычисляет значения εη.cosφ и εη.sinφ, чтобы получить изменение Δkn жесткости, которое служит в качестве заданного значения для привода электростатических пружин 8.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 1 и 2, массы 2 равны двум по количеству и установлены рядом в пределах рамки 6. Рамка 6 имеет прямоугольную форму и содержит два расположенных рядом корпуса 10, каждый из которых вмещает одну из двух масс 2.
Более конкретно, со ссылкой на фиг. 2, датчик согласно первому варианту осуществления можно рассматривать в качестве двух систем (m1, k1) и (m2, k2) масс/пружин, которые связаны с внешним миром с помощью другой системы (m0, k0) масс/пружин.
Поведение датчика можно моделировать на основе следующих данных (различие по массе и различие по жесткости обозначены δm и δk соответственно):
m1:=m-(1+δm): m2:=m· (1-δn):
k1:=k·(l+δk): k2:=k·(1-δk):
m0:=β·m:k0=α·k:
k:=ω2·m:
Моделирование позволяет рассчитать частоты собственных мод, разбалансировку полезной собственной моды и противодействующую силу этой разбалансировки на опору.
Из этого следует, что разбалансировка пропорциональна массе m, отношению k0/k, обозначенному α, и различию по угловой частоте δω двух систем масс/пружин. Таким образом, разбалансировка полезной моды равна:
Разбалансировка=2mφδω.
Нагрузку, передаваемую во вне, можно выразить следующим образом:.
Нагрузка=2kαδω.
Из приведенных выше формул следует, что конкретная архитектура изобретения позволяет отменить разбалансировку за счет устранения различия по угловой частоте между двумя системами масс/пружин, причем различие наблюдается, исходя из измерения нагрузки на рамке. Поэтому можно выполнить балансировку датчика в соответствии с изобретением на основании следующих этапов, на которых:
- измеряют анизотропию по частоте между массами, причем этап измерения выполняется путем измерения нагрузки, прикладываемой рамкой к опоре в результате разбалансировки датчика, которая возникает из-за производственных дефектов,
- корректируют анизотропию по частоте между массами.
Этап коррекции выполняется путем управления электростатическими пружинами 8 таким образом, чтобы уменьшить это действие: подстройка, при которой используются демодуляции по отношению к частоте колебаний сигналов датчиков силы, включенных в средство 7 подвешивания, позволяет скорректировать жесткость электростатических пружин 8, размещенных между массами 2 и рамкой 6 для того, чтобы устранить разбалансировку на частоте колебаний.
В данном случае коррекция выполняется более точно за счет добавления отрицательный электростатический жесткости к жесткости системы масс/пружин, которая обладает высокой частотой для того, чтобы корректировать внутреннее различие по угловой частоте из-за производственных дефектов и временных и тепловых изменений параметров каждой из систем масса-пружина.
Следует отметить, что размещение датчика позволяет получить две собственные моды по оси X, то есть смещение масс m1 и m2 в фазе и смещение масс m1 и m2 в противофазе, с маленьким смещением массы m0, которые не равны по частоте. Различие по частоте, например, порядка 10%, в случае, если m0=10*m1/2 или 25%, если m0=4*m1/2. Это подтверждает возможность упрощения конструкции, не используя при этом какие-либо рычаги механического соединения между массами, без какого-либо риска связи между двумя собственными модами во время работы.
Таким образом, можно изготовить гирометр с контуром обратной связи, имеющий 2 колеблющиеся массы с подстройкой в 0 перемещения по траектории Y Кориолиса. Это позволяет использовать собственную моду, которая разбалансирована до первого порядка для этой траектории.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 3, имеются четыре массы 2, расположенные согласно квадратной конфигурации, и электростатическая пружина 8 размещается между рамкой 6 и каждой из четырех масс 2, для каждой оси Х и Y. Рамка 6 имеет квадратную форму и содержит четыре смежных корпуса 10, каждый из которых вмещает одну из масс 2.
В этом варианте осуществления датчик также сбалансирован до первого порядка по оси Y за счет размещения с четырьмя массами. Поэтому этот датчик можно использовать в режиме гироскопа, и он позволяет извлекать пользу из преимуществ, присущих этому режиму, а именно стабильности среднего сдвига.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 4, имеется две массы 2.1, 2.2, которые сконструированы с возможностью концентрической установки. Рамка 6 имеет квадратную форму, и массы 2.1, 2.2 в форме квадратного кольца размещаются на любой стороне рамки 6.
Поэтому массы 2.1, 2,2 имеют форму рамки с совмещенными осями симметрии, которые обладают одинаковыми собственными частотами. Предпочтительно массы рамок 2,1, 2,2 являются одинаковыми, и средство для подвешивания масс 2.1, 2.2 имеет одинаковую жесткость. Это позволяет выполнить условие предположений уравнений динамического моделирования, представленных выше.
Конечно, настоящее изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления, но охватывает любой вариант, находящийся в области изобретения так, как это ограничено формулой изобретения.
Можно иметь электростатические пружины, подстраиваемые под все массы 2 или под все массы 2, за исключением одной.
Результат измеренной разбалансировки может представлять собой нагрузку, прикладываемую рамкой 6 к опоре 1, ускорение рамки 6 по отношению к опоре 1, скорость рамки 6 по отношению к опоре 1, смещение рамки 6 по отношению к опоре 1 или другое.
Датчик может иметь различную форму из тех, которые описаны. Массы и рамка могут иметь, в плоскости датчика, многоугольную или, по меньшей мере, частично искривленные формы, которые можно описать путем четырех поворотов на 90° конфигурации, представляющей собой четверть геометрии.
Привод и детектор можно установить между одной из масс и рамой или между одной из масс и опорой.
По меньшей мере, один электростатический привод и, по меньшей мере, один электростатический детектор можно разместить между рамкой 6 и опорой 1, чтобы достичь активного демпфирования, известного как такового, подвешивания 7 рамки 6.
Изобретение также относится к датчику, чьи массы будут подвешены в рамке и который будет лишен активного средства балансировки, описанного в связи с вариантом осуществления, изображенным на фигурах.

Claims (14)

1. Вибрационный инерциальный датчик угловой скорости типа МЭМС, содержащий опору (1) для, по меньшей мере, двух масс (2), которые установлены с возможностью перемещения по отношению к опоре, и, по меньшей мере, один электростатический привод (3) и, по меньшей мере, один электростатический детектор (4), которые предназначены соответственно для выработки и обнаружения колебания масс, отличающийся тем, что массы подвешены в рамке (6), которая присоединена с помощью средства подвешивания к опоре (1) так, что массы и рамка имеют три степени свободы в плоскости относительно опоры.
2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что количество масс (2) составляет две.
3. Датчик по п. 2, отличающийся тем, что массы (2) установлены бок о бок в пределах рамки (6).
4. Датчик по п. 2, отличающийся тем, что массы (2) выполнены с возможностью установки концентрическим образом на любой стороне рамки (6).
5. Датчик по п. 2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна электростатическая пружина (8) установлена между рамкой и, по меньшей мере, одной из масс, для каждой из двух осей, определяющих плоскость подвешивания масс, количество электростатических пружин (8) составляет предпочтительно четыре и каждая из них установлена между рамкой (6) и каждой из масс (2).
6. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что количество масс (2) составляет четыре и они расположены согласно квадратной конфигурации.
7. Датчик по п. 6, отличающийся тем, что электростатическая пружина (8) установлена между рамкой и, по меньшей мере, тремя массами, для каждой из двух осей, определяющих плоскость подвешивания масс, количество электростатических пружин (8) составляет предпочтительно восемь, и каждая из них установлена между рамкой (6) и каждой из масс (2).
8. Датчик по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один детектор эффекта разбалансировки установлен между рамкой и опорой и, по меньшей мере, одна электростатическая пружина (8) расположена между рамкой и одной из масс и выполнена с возможностью подстройки таким образом, чтобы гарантировать динамическую балансировку датчика в зависимости от сигнала измерения детектора эффекта разбалансировки.
9. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что каждый из электростатического привода и электростатического детектора установлен между одной из масс и рамкой.
10. Способ балансировки датчика по п. 8, содержащий этапы, на которых измеряют и корректируют анизотропию по частоте между массами (2) из-за производственных дефектов, причем этап измерения выполняют путем измерения эффекта, производимого разбалансировкой датчика, возникающей в результате частотной анизотропии, а этап коррекции выполняют путем подстройки управления электростатической пружиной (8) для того, чтобы уменьшить этот эффект.
11. Способ по п. 10, в котором измеряемый эффект разбалансировки представляет собой нагрузку, прикладываемую с помощью рамки (6) к опоре (1).
12. Способ по п. 10, в котором измеряемый эффект разбалансировки представляет собой ускорение рамки (6) по отношению к опоре (1).
13. Способ по п. 10, в котором измеряемый эффект разбалансировки представляет собой скорость рамки (6) по отношению к опоре (1).
14. Способ по п. 10, в котором измеряемый эффект разбалансировки представляет собой смещение рамки (6) по отношению к опоре (1).
RU2014127542/28A 2011-12-06 2012-12-03 Инерциальный датчик угловой скорости типа балансной мэмс и способ балансировки такого датчика RU2566534C1 (ru)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1103733 2011-12-06
FR1103733A FR2983574B1 (fr) 2011-12-06 2011-12-06 Capteur angulaire inertiel de type mems equilibre et procede d'equilibrage d'un tel capteur
US201261650668P 2012-05-23 2012-05-23
US61/650,668 2012-05-23
PCT/EP2012/074290 WO2013083534A2 (en) 2011-12-06 2012-12-03 Inertial angular sensor of balanced mems type and method for balancing such a sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2566534C1 true RU2566534C1 (ru) 2015-10-27

Family

ID=45926609

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014127542/28A RU2566534C1 (ru) 2011-12-06 2012-12-03 Инерциальный датчик угловой скорости типа балансной мэмс и способ балансировки такого датчика

Country Status (10)

Country Link
US (1) US9869551B2 (ru)
EP (1) EP2788718B1 (ru)
JP (3) JP2015507176A (ru)
KR (1) KR101700921B1 (ru)
CN (1) CN103998894B (ru)
BR (1) BR112014013173A2 (ru)
CA (1) CA2856171A1 (ru)
FR (1) FR2983574B1 (ru)
RU (1) RU2566534C1 (ru)
WO (1) WO2013083534A2 (ru)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3013442B1 (fr) * 2013-11-20 2015-12-18 Sagem Defense Securite Capteur comprenant des masses mobiles et des moyens de detection des mouvements relatifs des masses
FR3013441B1 (fr) * 2013-11-20 2015-12-18 Sagem Defense Securite Capteur inertiel a masses sismiques imbriquees et procede de fabrication d'un tel capteur
FR3013445B1 (fr) * 2013-11-20 2015-11-20 Sagem Defense Securite Capteur a element sensible mobile ayant un fonctionnement mixte vibrant et pendulaire, et procedes de commande d'un tel capteur
JP6211463B2 (ja) * 2014-05-23 2017-10-11 日立オートモティブシステムズ株式会社 慣性センサ
FR3022996B1 (fr) * 2014-06-27 2017-12-01 Thales Sa Capteur inertiel angulaire mems fonctionnant en mode diapason
CA2959799C (en) * 2014-08-04 2019-09-10 Faez BA-TIS Piston-tube electrostatic microactuator
KR101693935B1 (ko) * 2014-11-07 2017-01-06 리치테크 테크놀로지 코포레이션 미세전자기계시스템(mems) 디바이스
FI127203B (en) * 2015-05-15 2018-01-31 Murata Manufacturing Co Vibrating micromechanical sensor for angular velocity
KR101673362B1 (ko) 2015-12-14 2016-11-07 현대자동차 주식회사 가속도 센서 및 그 제조 방법
FR3046223B1 (fr) * 2015-12-23 2018-02-16 Safran Systeme de suspension d'une masse mobile comprenant des moyens de liaison de la masse mobile a linearite optimisee
US10696541B2 (en) 2016-05-26 2020-06-30 Honeywell International Inc. Systems and methods for bias suppression in a non-degenerate MEMS sensor
US10371521B2 (en) 2016-05-26 2019-08-06 Honeywell International Inc. Systems and methods for a four-mass vibrating MEMS structure
FR3063992B1 (fr) 2017-03-16 2021-07-16 Commissariat Energie Atomique Micro-dispositif comprenant au moins un element mobile
DE102017204669A1 (de) * 2017-03-21 2018-09-27 Robert Bosch Gmbh Sensoreinrichtung
FR3065800B1 (fr) 2017-04-27 2019-08-02 Safran Resonateur configure pour etre integre a un capteur angulaire inertiel
CN107192384B (zh) * 2017-07-24 2022-04-05 深迪半导体(绍兴)有限公司 一种mems三轴陀螺仪
FR3102240B1 (fr) * 2019-10-18 2021-10-01 Safran Electronics & Defense Capteur à compensation mécanique de l’anisotropie de fréquence
CN110779510B (zh) * 2019-11-14 2021-07-13 无锡莱斯能特科技有限公司 一种三轴mems陀螺仪
FR3114146B1 (fr) 2020-09-17 2022-08-12 Safran Electronics & Defense capteur vibrant avec unité d’hybridation
CN114264293B (zh) * 2021-11-22 2023-04-11 陕西华燕航空仪表有限公司 一种高抗振动型全对称mems陀螺仪传感器结构

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1992014160A1 (en) * 1991-02-08 1992-08-20 Sundstrand Corporation Micromachined rate and acceleration sensor
RU2110768C1 (ru) * 1996-07-10 1998-05-10 Товарищество с ограниченной ответственностью научно-производственная компания "Вектор" Микромеханический вибрационный гироскоп
US20100257934A1 (en) * 2009-04-09 2010-10-14 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Gyroscopes Using Surface Electrodes

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0830570B1 (en) * 1995-06-07 2001-08-16 Honeywell Inc. Proper frequency tracker for fiber optic sensing coil
US5992233A (en) * 1996-05-31 1999-11-30 The Regents Of The University Of California Micromachined Z-axis vibratory rate gyroscope
JP3262082B2 (ja) * 1997-10-16 2002-03-04 株式会社豊田中央研究所 振動式角速度検出器
JP4126833B2 (ja) * 1999-03-12 2008-07-30 株式会社デンソー 角速度センサ装置
US6823733B2 (en) * 2002-11-04 2004-11-30 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Z-axis vibration gyroscope
US6928874B2 (en) * 2002-11-15 2005-08-16 The Regents Of The University Of California Dynamically amplified micromachined vibratory angle measuring gyroscopes, micromachined inertial sensors and method of operation for the same
US7036372B2 (en) * 2003-09-25 2006-05-02 Kionix, Inc. Z-axis angular rate sensor
DE10360962B4 (de) * 2003-12-23 2007-05-31 Litef Gmbh Verfahren zur Quadraturbias-Kompensation in einem Corioliskreisel sowie dafür geeigneter Corioliskreisel
DE10360963B4 (de) * 2003-12-23 2007-05-16 Litef Gmbh Verfahren zur Messung von Drehraten/Beschleunigungen unter Verwendung eines Drehraten-Corioliskreisels sowie dafür geeigneter Corioliskreisel
US7421898B2 (en) * 2004-08-16 2008-09-09 The Regents Of The University Of California Torsional nonresonant z-axis micromachined gyroscope with non-resonant actuation to measure the angular rotation of an object
DE112005002196B4 (de) * 2004-09-27 2023-12-21 Conti Temic Microelectronic Gmbh Drehratensensor
US7832271B2 (en) 2005-05-24 2010-11-16 Japan Aerospace Exploration Agency Gyroscope
JP2007071677A (ja) * 2005-09-07 2007-03-22 Hitachi Ltd コンバインドセンサとその製造方法
US8113050B2 (en) * 2006-01-25 2012-02-14 The Regents Of The University Of California Robust six degree-of-freedom micromachined gyroscope with anti-phase drive scheme and method of operation of the same
JP2007271514A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Mitsubishi Electric Corp 角速度センサ
US7444868B2 (en) * 2006-06-29 2008-11-04 Honeywell International Inc. Force rebalancing for MEMS inertial sensors using time-varying voltages
JPWO2008032415A1 (ja) * 2006-09-15 2010-01-21 株式会社日立製作所 角速度センサ
JP4859649B2 (ja) * 2006-12-12 2012-01-25 日立オートモティブシステムズ株式会社 角速度センサ
DE102007030120B4 (de) * 2007-06-29 2010-04-08 Litef Gmbh Drehratensensor
US8443667B2 (en) * 2008-02-21 2013-05-21 The Regents Of The University Of California Temperature-robust MEMS gyroscope with 2-DOF sense-mode addressing the tradeoff between bandwith and gain
US8020440B2 (en) * 2008-05-16 2011-09-20 Rosemount Aerospace Inc. System and method for providing high-range capability with closed-loop inertial sensors
DE102008002748A1 (de) * 2008-06-27 2009-12-31 Sensordynamics Ag Mikro-Gyroskop
US8086328B2 (en) * 2008-08-29 2011-12-27 Honeywell International Inc. Systems and methods for vibration rectification error reduction in closed-loop accelerometer systems
US8256290B2 (en) * 2009-03-17 2012-09-04 Minyao Mao Tri-axis angular rate sensor
JP4868027B2 (ja) * 2009-05-26 2012-02-01 株式会社デンソー 加速度角速度センサ
FR2947333B1 (fr) * 2009-06-30 2011-07-29 Thales Sa Gyroscope micro-usine a detection dans le plan de la plaque usine
US8549915B2 (en) * 2009-10-23 2013-10-08 The Regents Of The University Of California Micromachined gyroscopes with 2-DOF sense modes allowing interchangeable robust and precision operation
FR2953012B1 (fr) * 2009-11-24 2011-11-18 Thales Sa Gyrometre a structure vibrante a au moins un diapason
JP5655501B2 (ja) * 2010-01-05 2015-01-21 セイコーエプソン株式会社 振動素子、振動子、および電子機器
US8584522B2 (en) * 2010-04-30 2013-11-19 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Micromachined piezoelectric x-axis gyroscope
WO2012120464A1 (en) * 2011-03-08 2012-09-13 Y-Sensors Ltd. Planar coriolis gyroscope

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1992014160A1 (en) * 1991-02-08 1992-08-20 Sundstrand Corporation Micromachined rate and acceleration sensor
RU2110768C1 (ru) * 1996-07-10 1998-05-10 Товарищество с ограниченной ответственностью научно-производственная компания "Вектор" Микромеханический вибрационный гироскоп
US20100257934A1 (en) * 2009-04-09 2010-10-14 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Gyroscopes Using Surface Electrodes

Also Published As

Publication number Publication date
CA2856171A1 (en) 2013-06-13
FR2983574A1 (fr) 2013-06-07
WO2013083534A3 (en) 2013-10-17
CN103998894B (zh) 2017-12-05
US20140299947A1 (en) 2014-10-09
JP2018004653A (ja) 2018-01-11
CN103998894A (zh) 2014-08-20
JP6503028B2 (ja) 2019-04-17
FR2983574B1 (fr) 2014-01-10
US9869551B2 (en) 2018-01-16
JP2015507176A (ja) 2015-03-05
KR101700921B1 (ko) 2017-01-31
EP2788718A2 (en) 2014-10-15
KR20140095537A (ko) 2014-08-01
BR112014013173A2 (pt) 2017-06-13
WO2013083534A2 (en) 2013-06-13
EP2788718B1 (en) 2023-10-04
JP3214304U (ja) 2018-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2566534C1 (ru) Инерциальный датчик угловой скорости типа балансной мэмс и способ балансировки такого датчика
US9689678B2 (en) MEMS balanced inertial angular sensor and method for balancing such a sensor
KR101178692B1 (ko) 코리올리 자이로스코프
JP3399336B2 (ja) 検出器
JP6514790B2 (ja) ジャイロスコープ
JP6278604B2 (ja) バイアス補正機能を備えた振動型ジャイロ
JP5773844B2 (ja) 出力安定性に優れた振動型ジャイロ
US20200096338A1 (en) Out-of-plane sensing gyroscope robust to external acceleration and rotation
RU2632264C1 (ru) Датчик с подвижным чувствительным элементом, работающим в смешанном вибрирующем и маятниковом режиме, и способы управления таким датчиком
US20190285415A1 (en) Angular rate sensors
JP2015203604A (ja) 高性能化が図られた振動型ジャイロ
JP2018517898A (ja) 非線形モーダルインタラクションを用いた振動ジャイロスコープ
CN105953781A (zh) 一种应用在无线传感器网络的音叉式微机械陀螺传感器
JP2012047537A (ja) 角速度センサ
RU2423668C1 (ru) Чувствительный элемент микромеханического гироскопа
US9303994B2 (en) Planar Coriolis gyroscope
JP2012202799A (ja) バイアス安定性に優れた振動型ジャイロ
CN110573835B (zh) 被构造成结合到惯性角度传感器内的共振器
RU2234679C2 (ru) Микромеханический датчик угловой скорости
RU2490593C1 (ru) Интегральный микромеханический гироскоп
Li et al. Design for the external frame of a resonant accelerometer sensor
CN116940804A (zh) 具有平面结构的振动陀螺仪
RU2301969C1 (ru) Чувствительный элемент микромеханического гироскопа

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner