TWI702374B - 具有在多頻操作時有多種估算的轉速感應器及操作轉速感應器的方法 - Google Patents

具有在多頻操作時有多種估算的轉速感應器及操作轉速感應器的方法 Download PDF

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Abstract

本發明提出一種轉速感應器，具有包括主延伸平面的基板以及至少一可相對該基板運動的第一結構以及至少一可相對該基板及該第一結構運動的第二結構以及至少一可相對該基板及該第一結構及該第二結構運動的第三結構以及至少一可相對該基板及該第一結構及該第二結構及該第三結構運動的第四結構，其中該轉速感應器包括驅動裝置，用於以某種方式自該第一結構的靜止位置大體上平行於該驅動方向地偏轉該第一結構，自該第二結構的靜止位置大體上平行於該驅動方向地偏轉該第二結構，自該第三結構的靜止位置大體上平行於該驅動方向地偏轉該第三結構，自該第四結構的靜止位置大體上平行於該驅動方向地偏轉該第四結構，使得在第一頻率下，該第一結構及該第四結構可受到激發而相對大體上同相地發生振動，該第二結構及該第三結構可受到激發而大體上反相地發生振動，其中在第二頻率下，該第一結構及該第二結構可受到激發而相對大體上同相地 發生振動，該第三結構及該第四結構可受到激發而大體上反相地發生振動。

Description

具有在多頻操作時有多種估算的轉速感應器及操作轉速感應器的方法
本發明基於一種如申請專利範圍第1項之前言的轉速感應器。
此類轉速感應器已為吾人所知。此種轉速感應器例如包括驅動裝置，用於以某種方式自第一結構的靜止位置大體上平行於驅動方向地偏轉第一結構，自第二結構的靜止位置大體上平行於驅動方向地偏轉第二結構，自第三結構的靜止位置大體上平行於驅動方向地偏轉第三結構，自第四結構的靜止位置大體上平行於驅動方向地偏轉第四結構，使得在第一頻率下，第一結構及第四結構可受到激發而相對大體上同相地發生振動，第二結構及第三結構可受到激發而大體上反相地發生振動。
與先前技術相比，根據並列申請專利範圍之本發明的轉速感應器及本發明之操作轉速感應器的方法之優點在於，該轉速感應器以簡單、機械堅固且成本較低的方式在對圍繞一旋轉軸或圍繞數個彼此垂直延伸的旋轉軸之轉速的偵測中提供較先前技術更高的安全性。其具體方式在 於，與先前技術不同，在該第二頻率下，該第一結構及該第二結構可受到激發而相對大體上同相地發生振動，該第三結構及該第四結構可受到激發而大體上反相地發生振動。特定言之，本發明之轉速感應器的第一結構、第二結構、第三結構及第四結構可同時在該第一頻率下及該第二頻率下受到激發。如此便能透過對所測得轉速的似真檢驗而在對圍繞一旋轉軸或圍繞數個彼此垂直延伸的旋轉軸之轉速的偵測中提高安全性。
本發明的有利設計方案及改良方案參閱附屬項以及參照該等附圖的說明。
根據一種較佳改良方案，該轉速感應器包括用於沿大體上平行於大體上垂直於該主延伸平面的第一軸線之方向偵測作用於該第一結構的第一施力之第一偵測單元、用於沿大體上平行於該第一軸線之方向偵測作用於該第二結構的第二施力之第二偵測單元、用於沿大體上平行於該第一軸線之方向偵測作用於該第三結構的第三施力之第三偵測單元及用於沿大體上平行於該第一軸線之方向偵測作用於該第四結構的第四施力之第四偵測單元，其中該第一施力、該第二施力、該第三施力及該第四施力因該轉速感應器之轉速而圍繞一大體上平行於大體上平行於該主延伸平面且大體上垂直於該驅動方向的第二軸線之軸線而起作用。如此便能以有利的方式偵測圍繞一大體上平行於該第二軸線之軸線的轉速。
根據一種較佳改良方案，該第一偵測單元包括至少一用於偵測作用於該第一結構的第一施力之第一電極，該第二偵測單元包括至少一用於偵測作用於該第二結構的第二施力之第二電極，該第三偵測單元包括至少一用於偵測作用於該第三結構的第三施力之第三電極，該第四偵測單 元包括至少一用於偵測作用於該第四結構的第四施力之第四電極，其中該第一電極、該第二電極、該第三電極及該第四電極大體上採用板狀構建方案，其中該第一電極、該第二電極、該第三電極及該第四電極大體上平行於該主延伸平面延伸並且至少部分佈置在該基板與各結構之間。如此便能有利地電容式地偵測該第一施力、該第二施力、該第三施力及該第四施力。
根據一種較佳改良方案，該轉速感應器包括用於沿大體上平行於大體上平行於該主延伸平面且大體上垂直於該驅動方向的第二軸線之方向偵測作用於該第一結構的另一第一施力之另一第一偵測單元、用於沿大體上平行於該第二軸線之方向偵測作用於該第二結構的另一第二施力之另一第二偵測單元、用於沿大體上平行於該第二軸線之方向偵測作用於該第三結構的另一第三施力之另一第三偵測單元及用於沿大體上平行於該第二軸線之方向偵測作用於該第四結構的另一第四施力之另一第四偵測單元，其中該另一第一施力、該另一第二施力、該另一第三施力及該另一第四施力因該轉速感應器之轉速而圍繞一大體上平行於大體上垂直於該主延伸平面的第一軸線之軸線而起作用。如此便能有利地偵測圍繞一大體上平行於該第一軸線之軸線的轉速。
根據一種較佳改良方案，該另一第一偵測單元包括至少一用於偵測作用於該第一結構的另一第一施力之另一第一電極，該另一第二偵測單元包括至少一用於偵測作用於該第二結構的另一第二施力之另一第二電極，該另一第三偵測單元包括至少一用於偵測作用於該第三結構的另一第三施力之另一第三電極，該另一第四偵測單元包括至少一用於偵測作用於該第四結構的另一第四施力之另一第四電極，其中該另一第一電極、該 另一第二電極、該另一第三電極及該另一第四電極大體上採用板狀構建方案，其中該另一第一電極、該另一第二電極、該另一第三電極及該另一第四電極大體上垂直於該主延伸平面延伸並且至少部分佈置在各結構的至少一凹槽中。如此便能以有利的方式電容式地偵測該另一第一施力、該另一第二施力、該另一第三施力及該另一第四施力。
根據一種較佳改良方案，該轉速感應器包括用於將該第一結構與該第二結構耦合的第一耦合構件，使得該第一結構及該第二結構可帶入大體上同相的振動及大體上反相的振動，其中該轉速感應器包括用於將該第一結構與該第三結構耦合的第二耦合構件，使得該第一結構及該第三結構可帶入大體上反相的振動，其中該轉速感應器包括用於將該第二結構與該第四結構耦合的第三耦合構件，使得第二結構及該第四結構可帶入大體上反相的振動，其中該轉速感應器包括用於將該第三結構與該第四結構耦合的第四耦合構件，使得該第三結構及該第四結構可帶入大體上同相的振動及大體上反相的振動。如此便以有利的方式提供一轉速感應器，其透過對所測得轉速的似真檢驗而在對圍繞一旋轉軸或圍繞數個彼此垂直延伸的旋轉軸之轉速的偵測中提高安全性。
本發明之另一標的為一種操作轉速感應器的方法，其中在第一方法步驟中，藉由驅動信號以某種方式大體上平行於該驅動方向地偏轉該第一結構、該第二結構、該第三結構及該第四結構，使得在第一頻率下，該第一結構及該第四結構受到激發而相對大體上同相地發生振動，該第二結構及該第三結構受到激發而大體上反相地發生振動，其中在第二頻率下，該第一結構及該第二結構受到激發而相對大體上同相地發生振動，該 第三結構及該第四結構受到激發而大體上反相地發生振動。如此便能以有利地方式偵測該等結構之可分配給該第一頻率及該第二頻率的偏轉。如此便能透過對所測得轉速的似真檢驗而在對圍繞一旋轉軸或圍繞數個彼此垂直延伸的旋轉軸之轉速的偵測中提高安全性。
根據一種較佳改良方案，在第二方法步驟中，藉由該第一偵測單元、該第二偵測單元、該第三偵測單元及該第四偵測單元以及/或者藉由該另一第一偵測單元、該另一第二偵測單元、該另一第三偵測單元及該另一第四偵測單元測定至少一偵測信號。如此便能有利地提供用於其他方法步驟的偵測信號。
根據一種較佳改良方案，在第三方法步驟中，藉由以該第一頻率及該第二頻率進行同步解調處理該至少一偵測信號。如此便能有利地藉由經處理的偵測信號測定至少一可分配給該第一頻率的轉速及至少一可分配給該第二頻率的轉速。
根據一種較佳改良方案，在第四方法步驟中，自該經處理的至少一偵測信號測定可分配給該第一頻率的第一轉速及可分配給該第二頻率的第二轉速。如此便能透過對所測得轉速的似真檢驗而在對圍繞一旋轉軸或圍繞數個彼此垂直延伸的旋轉軸之轉速的偵測中提高安全性。
根據一種較佳改良方案，透過兩個phase lock loop(鎖相環路，PLL)及兩個adaptive clock generator(自適應時鐘發生器，ACG)調節該驅動信號。
1:轉速感應器
3:基板
5:第一結構，結構
7:第二結構，結構
9:第三結構，結構
11:第四結構，結構
15:驅動方向
23:第一偵測單元
29:第二偵測單元
31:第三偵測單元
33:第四偵測單元
37:第一電極
38:另一第一偵測單元
39:第二電極，另一第二偵測單元
41:第三電極，另一第三偵測單元
43:第四電極，另一第四偵測單元
45:另兩個第一電極
47:另兩個第二電極
49:另兩個第三電極
51:另兩個第四電極
61:第一耦合構件
63:第二耦合構件
65:第三耦合構件
67:第四耦合構件
100:主延伸平面
X:第二軸線
Z:第一軸線
圖1為根據本發明之第一示例性實施方式的轉速感應器的示意圖；圖2為圖1所示轉速感應器的示意圖；圖3為根據本發明之第二示例性實施方式的轉速感應器的示意圖；圖4為圖3所示轉速感應器的示意圖。
在不同附圖中，相同部件總是採用相同的元件符號，故通常亦僅命名或提及一次。
圖1及圖2為根據本發明之第一示例性實施方式的轉速感應器1的示意圖，其中轉速感應器1包括具有主延伸平面100的基板3以及相對基板3且彼此相對可運動的第一、第二、第三及第四結構5、7、9、11。此外，轉速感應器1包括未在圖1及圖2中繪示的驅動裝置，該驅動裝置用於自結構5、7、9、11的各靜止位置並沿大體上平行於驅動方向15的方向偏轉第一結構5、第二結構7、第三結構9及第四結構11。在此情況下，在第一頻率下，第一結構5及第四結構11受到激發而相對大體上同相地發生振動，第二結構7及第三結構9受到激發而大體上反相地發生振動。此外，在第二頻率下，第一結構5及第二結構7受到激發而相對大體上同相地發生振動，第三結構9及第四結構11受到激發而大體上反相地發生振動。在此情況下，圖1為在該第一頻率下之振動的瞬態顯示，圖2為在該第二頻率下之振動的瞬態顯示。
圖1及圖2所示轉速感應器1還包括用於偵測作用於第一結構5的第一施力之具有第一電極37的第一偵測單元23、用於偵測作用於第二結構7的第二施力之具有第二電極39的第二偵測單元29、用於偵測作用 於第三結構9的第三施力之具有第三電極41的第三偵測單元31及用於偵測作用於第四結構11的第四施力之具有第四電極43的第四偵測單元33。在此情況下，該第一施力、該第二施力、該第三施力及該第四施力沿大體上平行於第一軸線Z的方向起作用並且因轉速感應器1之轉速而圍繞一大體上平行於第二軸線X的軸線而起作用。圖1及圖2所示第一電極37、第二電極39、第三電極41及第四電極43大體上採用板狀構建方案，平行於主延伸平面100延伸，並且至少部分佈置在基板3與各結構5、7、9、11之間。
此外，圖1及圖2所示轉速感應器1包括用於耦合各結構5、7、9、11的第一耦合構件61、第二耦合構件63、第三耦合構件65及第四耦合構件67，使得結構5、7、9、11可帶入如前文所述的振動。在此情況下，第一耦合構件61將第一結構5與第二結構7耦合。第二耦合構件63將第一結構5與第三結構9耦合。第三耦合構件65將第二結構7與第四結構11耦合。第四耦合構件67將第三結構9與第四結構11耦合。
圖3及圖4為根據本發明之第二示例性實施方式的轉速感應器1的示意圖，其中圖3及圖4所示轉速感應器1大體上相當於圖1及圖2所示轉速感應器1。圖3及圖4所示轉速感應器1包括分別沿大體上平行於第二軸線X的方向用於偵測作用於第一結構5的另一第一施力之具有另兩個第一電極45的另一第一偵測單元38、用於偵測作用於第二結構7的另一第二施力之具有另兩個第二電極47的另一第二偵測單元39、用於偵測作用於第三結構9的另一第三施力之具有另兩個第三電極49的另一第三偵測單元41及用於偵測作用於第四結構11的另一第四施力之具有另兩個第四電極51的另一第四偵測單元43。在此情況下，該另一第一施力、該另一第二施 力、該另一第三施力及該另一第四施力因轉速感應器1之轉速而圍繞一大體上平行於第一軸線Z的軸線而起作用。圖3及圖4所示另兩個第一電極45、另兩個第二電極47、另兩個第三電極49及另兩個第四電極51大體上採用板狀構建方案，平行於主延伸平面100延伸，並且至少部分佈置在各結構5、7、9、11的凹槽中。根據圖3及圖4所示另一實施方式，轉速感應器1亦包括第一耦合構件61、第二耦合構件63、第三耦合構件65及第四耦合構件67。在圖3及圖4所示實施方式中，第一、第二、第三及第四結構5、7、9、11透過耦合構件61、63、65、67的耦合相當於根據圖1及圖2所示實施方式的耦合。
較佳地，轉速感應器1不僅包括第一偵測單元23、第二偵測單元29、第三偵測單元31及第四偵測單元33，而且包括另一第一偵測單元38、另一第二偵測單元39、另一第三偵測單元41及另一第四偵測單元43，從而根據此種實施方式偵測圍繞第二軸線X及圍繞第一軸線Z的轉速。
透過在此所述的實施方式，在該第一頻率下以及在該第二頻率下藉由振動質量塊沿大體上平行於驅動方向15的方向操作轉速感應器1。在此情況下，在該第一頻率下以及在該第二頻率下透過PLL及ACG，特別是透過兩個PLL及ACG，調整該振幅並偵測該振頻或者調節該驅動信號。在所施加的轉速下，該等質量塊基於該科氏力頻率相關地經歷同相及反相的運動。透過接通電極及信號處理，如解調及濾波或者以該第一頻率及該第二頻率進行同步解調，可測定該轉速。在該第一頻率下，該轉速例如相當於第一偵測單元23的電容與第四偵測單元33的電容之總和減去第二偵測單元29的電容與第三偵測單元31的電容之總和。在該第二頻率下，該 轉速例如相當於第一偵測單元23的電容與第二偵測單元29的電容之總和減去第三偵測單元31的電容與第四偵測單元33的電容之總和。在平衡放大係數後，在該二頻率下所測得的轉速在無錯操作中必須等同。如此便透過該二轉速輸出信號的似真檢驗提高安全性。就正確的函數而言，該等所測得的轉速必須等同。
1:轉速感應器
5:第一結構，結構
7:第二結構，結構
9:第三結構，結構
11:第四結構，結構
15:驅動方向
23:第一偵測單元
29:第二偵測單元
31:第三偵測單元
33:第四偵測單元
37:第一電極
39:第二電極，另一第二偵測單元
41:第三電極，另一第三偵測單元
43:第四電極，另一第四偵測單元
61:第一耦合構件
63:第二耦合構件
65:第三耦合構件
67:第四耦合構件
X:第二軸線
Z:第一軸線

Claims (8)

  1. 一種轉速感應器(1)，具有包括主延伸平面(100)的基板(3)以及至少一可相對該基板(3)運動的第一結構(5)以及至少一可相對該基板(3)及該第一結構(5)運動的第二結構(7)以及至少一可相對該基板(3)及該第一結構(5)及該第二結構(7)運動的第三結構(9)以及至少一可相對該基板(3)及該第一結構(5)及該第二結構(7)及該第三結構(9)運動的第四結構(11)，其特徵在於，該轉速感應器(1)包括驅動裝置，用於以某種方式自該第一結構(5)的靜止位置大體上平行於驅動方向(15)地偏轉該第一結構(5)，自該第二結構(7)的靜止位置大體上平行於該驅動方向(15)地偏轉該第二結構(7)，自該第三結構(9)的靜止位置大體上平行於該驅動方向(15)地偏轉該第三結構(9)，自該第四結構(11)的靜止位置大體上平行於該驅動方向(15)地偏轉該第四結構(11)，使得在第一頻率下，該第一結構(5)及該第四結構(11)可受到激發而相對大體上同相地發生振動，該第二結構(7)及該第三結構(9)可受到激發而大體上反相地發生振動，其中在第二頻率下，該第一結構(5)及該第二結構(7)可受到激發而相對大體上同相地發生振動，該第三結構(9)及該第四結構(11)可受到激發而大體上反相地發生振動；且該轉速感應器(1)包括用於沿與大體上垂直於該主延伸平面(100)的第一軸線(Z)大體上平行之方向偵測作用於該第一結構(5)的第一施力之第一偵測單元(23)、用於沿與該第一軸線(Z)大體上平行之方向偵測作用於該第二結構(7)的第二施力之第二偵測單元(29)、用於沿與該第一軸 線(Z)大體上平行之方向偵測作用於該第三結構(9)的第三施力之第三偵測單元(31)及用於沿與該第一軸線(Z)大體上平行之方向偵測作用於該第四結構(11)的第四施力之第四偵測單元(33)，其中該第一施力、該第二施力、該第三施力及該第四施力因該轉速感應器(1)之轉速而圍繞一與大體上平行於該主延伸平面(100)且大體上垂直於該驅動方向(15)的第二軸線(X)大體上平行之軸線而起作用。
  2. 如申請專利範圍第1項之轉速感應器(1)，其中，該第一偵測單元(23)包括至少一用於偵測作用於該第一結構(5)的第一施力之第一電極(37)，該第二偵測單元(29)包括至少一用於偵測作用於該第二結構(7)的第二施力之第二電極(39)，該第三偵測單元(31)包括至少一用於偵測作用於該第三結構(9)的第三施力之第三電極(41)，該第四偵測單元(33)包括至少一用於偵測作用於該第四結構(11)的第四施力之第四電極(43)，其中該第一電極(37)、該第二電極(39)、該第三電極(41)及該第四電極(43)大體上採用板狀構建方案，其中該第一電極(37)、該第二電極(39)、該第三電極(41)及該第四電極(43)大體上平行於該主延伸平面(100)延伸並且至少部分佈置在該基板(3)與各結構(5，7，9，11)之間。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之轉速感應器(1)，其中，該轉速感應器(1)包括用於沿與大體上平行於該主延伸平面(100)且大體上垂直於該驅動方向(15)的第二軸線(X)大體上平行之方向偵測作用於該第一結構(5)的另一第一施力之另一第一偵測單元(38)、用於沿與該第二軸線(X)大體上平行之方向偵測作用於該第二結構(7)的另一 第二施力之另一第二偵測單元(39)、用於沿與該第二軸線(X)大體上平行之方向偵測作用於該第三結構(9)的另一第三施力之另一第三偵測單元(41)及用於沿與該第二軸線(X)大體上平行之方向偵測作用於該第四結構(11)的另一第四施力之另一第四偵測單元(43)，其中該另一第一施力、該另一第二施力、該另一第三施力及該另一第四施力因該轉速感應器(1)之轉速而圍繞一與大體上垂直於該主延伸平面(100)的第一軸線(Z)大體上平行之軸線而起作用。
  4. 如申請專利範圍第3項之轉速感應器(1)，其中，該另一第一偵測單元(38)包括至少一用於偵測作用於該第一結構(5)的另一第一施力之另一第一電極(45)，該另一第二偵測單元(39)包括至少一用於偵測作用於該第二結構(7)的另一第二施力之另一第二電極(47)，該另一第三偵測單元(41)包括至少一用於偵測作用於該第三結構(9)的另一第三施力之另一第三電極(49)，該另一第四偵測單元(43)包括至少一用於偵測作用於該第四結構(11)的另一第四施力之另一第四電極(51)，其中該另一第一電極(45)、該另一第二電極(47)、該另一第三電極(49)及該另一第四電極(51)大體上採用板狀構建方案，其中該另一第一電極(45)、該另一第二電極(47)、該另一第三電極(49)及該另一第四電極(51)大體上垂直於該主延伸平面(100)延伸並且至少部分佈置在各結構(5，7，9，11)的至少一凹槽中。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之轉速感應器(1)，其中，該轉速感應器包括用於將該第一結構(5)與該第二結構(7)耦合的第一耦合構件(61)，使得該第一結構(5)及該第二結構(7)可帶入大體上同相的 振動及大體上反相的振動，其中該轉速感應器(1)包括用於將該第一結構(5)與該第三結構(9)耦合的第二耦合構件(63)，使得該第一結構(5)及該第三結構(9)可帶入大體上反相的振動，其中該轉速感應器(1)包括用於將該第二結構(7)與該第四結構(11)耦合的第三耦合構件(65)，使得第二結構(7)及該第四結構(11)可帶入大體上反相的振動，其中該轉速感應器(1)包括用於將該第三結構(9)與該第四結構(11)耦合的第四耦合構件(67)，使得該第三結構(9)及該第四結構(11)可帶入大體上同相的振動及大體上反相的振動。
  6. 一種操作如申請專利範圍第1至5項中任一項之轉速感應器(1)的方法，其特徵在於，在第一方法步驟中，藉由驅動信號以某種方式大體上平行於該驅動方向(15)地偏轉該第一結構(5)、該第二結構(7)、該第三結構(9)及該第四結構(11)，使得在第一頻率下，該第一結構(5)及該第四結構(11)受到激發而相對大體上同相地發生振動，該第二結構(7)及該第三結構(9)受到激發而大體上反相地發生振動，其中在第二頻率下，該第一結構(5)及該第二結構(7)受到激發而相對大體上同相地發生振動，該第三結構(9)及該第四結構(11)受到激發而大體上反相地發生振動；且在第二方法步驟中，藉由該第一偵測單元(23)、該第二偵測單元(29)、該第三偵測單元(31)及該第四偵測單元(33)以及/或者藉由另一第一偵測單元(38)、另一第二偵測單元(39)、另一第三偵測單元(41)及另一第四偵測單元(43)測定至少一偵測信號。
  7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中，在第三方法步驟中，藉由以該 第一頻率及該第二頻率進行同步解調處理該至少一偵測信號。
  8. 如申請專利範圍第6項之方法，其中，在第四方法步驟中，自經處理的該至少一偵測信號測定可分配給該第一頻率的第一轉速及可分配給該第二頻率的第二轉速。
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