WO2017060130A2 - Mems-drehratensensor - Google Patents

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    • B81B2201/0228—Inertial sensors
    • B81B2201/0242—Gyroscopes

Definitions

  • the present invention relates to a MEMS (microelectromechanical system) rotation rate sensor.
  • capacitive measuring principles in which a capacitance can be formed, for example, by interdigitated finger structures or buried electrode surfaces, is common.
  • Capacitive sensors are known, for example, from US Pat. No. 7,694,563 B or from EP 0 906 557 B2.
  • Object of the present invention is therefore to propose an improved sensor.
  • the improved sensor could also allow for better miniaturization.
  • This object is achieved by a MEMS rotation rate sensor according to the present claim 1.
  • a MEMS gyroscope sensor which has a base body, a first primary mass, which is designed to produce a primary vibration relative to the base body
  • the MEMS yaw rate sensor can be designed such that the first secondary mass is excited by a Coriolis force to the first secondary movement when the MEMS yaw rate sensor performs a rotation and a primary movement is transmitted from the first primary mass to the first secondary mass.
  • Secondary movement can be perpendicular to the first primary movement and perpendicular to the axis of rotation of an external, to be measured rotation.
  • the secondary movement is not fed back to the primary mass and influenced
  • the secondary movement may in particular be a vibration.
  • Secondary mass can also be a vibration.
  • the sensor has a first magnetic field generating element and a first magneto-sensitive element. One of these elements is arranged on the base body and one of the elements is arranged on the first primary mass, wherein the first magnetically sensitive element for determining the
  • Basic body is designed. If the first primary mass carries out a primary movement relative to the main body, then the first magnetic field generating element is moved relative to the first magnetically sensitive element. As a result, the field strength and / or the field direction of the first of the change
  • the senor may comprise further magnetic field generating elements and further magnetically sensitive elements which are each arranged either on the main body or on the first primary mass.
  • Measure primary movement By using multiple elements ambiguities in the measurement data can be excluded.
  • the MEMS rotation rate sensor has a second one
  • Main body or the first primary mass is arranged and one is arranged on the first secondary mass, wherein the second magnetically sensitive element for determining the secondary movement of the first secondary mass relative to the first primary mass or relative to the main body
  • the second magnetically sensitive element may have changes in the field strength and / or the field direction of the second magnetic field generating element
  • Target secondary mass to the first primary mass or to the relative position of the first secondary mass to the main body and thus to the secondary movement.
  • further magnetic field generating elements and further magnetically sensitive element may be arranged on the base body, the first primary mass and the first secondary mass, with which the position of the secondary mass relative to the primary mass or relative to the body is determined in order to exclude ambiguities in the measurement results can.
  • the invention thus makes it possible to replace large-area electrodes, which are required in capacitive sensors for detecting a deflection of a mass structure, in particular in a Z-direction. Instead, magnetically sensitive elements and magnetic field generating elements are now used, which have a significantly smaller spatial extent and thus allow further miniaturization of the MEMS yaw rate sensor.
  • the measurement with the help of
  • the magnetic field generating elements may in particular have magnetic thin-film structures. Furthermore, the magnetic field generating elements magnetic
  • the magnetic dipole structures may be arranged parallel or perpendicular to the thin-film structures.
  • the magnetic field generating elements are identical to the magnetic field generating elements.
  • the magnetic field generating elements magnetic
  • the magnetic dipole structures may be arranged parallel or perpendicular to the thick-film structures.
  • AMR anisotropic magnetoresistive
  • GMR giant magnetoresistive
  • TMR tunneling magnetoresistive
  • decoupled by these movements are performed by a primary mass or a secondary mass.
  • the MEMS yaw rate sensor may, for example, be constructed such that the first primary mass has only degrees of freedom in one spatial direction and the first secondary mass can be deflected in two spatial directions, the two spatial directions being the direction of the primary oscillation and the direction of the secondary oscillation. which is caused by the Coriolis force. Both the primary movement and the secondary movement are measured by means of magnetic field generating elements and magnetically sensitive elements based on the body, the first primary mass and the first secondary mass
  • the magnetically sensitive elements can each measure changes in the field direction and / or the field strength of the fields generated by the magnetic field generating elements.
  • the rotation rate sensor may comprise a second primary mass configured to perform a primary vibration relative to the main body and a second secondary mass connected to the second primary mass via a further suspension such that the primary vibration of the second primary mass is a primary movement of the second primary mass
  • Secondary mass excites and a secondary movement of the second secondary mass is allowed relative to the second primary mass.
  • the first primary mass and the second primary mass can be excited to vibrate, which are phase-shifted by 180 ° to each other. In this way, disturbances, such as accelerations, can be compensated.
  • the sensor may further comprise a third magnetic field generating element and a third magnetically sensitive element, one of which is arranged on the base body and one is arranged on the second primary mass, wherein the third magnetically sensitive element is designed for determining the primary movement of the primary mass relative to the base body.
  • the sensor may further comprise a fourth magnetic field generating element and a fourth magnetically sensitive element, one of which is disposed on the main body or the second primary mass and one disposed on the second secondary mass, the fourth magnetic sensitive element for determining the secondary movement of the second secondary mass relative to the second primary mass or to the basic body is designed.
  • Secondary movement of the second secondary mass can thus also be measured with the aid of magnetically sensitive elements and magnetic field generating elements.
  • the second primary mass may be adapted to a
  • the first primary mass and the second primary mass can be connected to one another via coupling springs.
  • Secondary mass and the second secondary mass can over
  • the first primary mass can be a
  • the primary movement of the first secondary mass can be in the same direction as the primary movement of the first primary mass.
  • the primary movement of the first secondary mass perpendicular to the primary movement of the first
  • the axis can be determined by which the sensor can be rotated and can measure the corresponding rotation rate.
  • the sensor can always be designed to determine a rate of rotation about an axis perpendicular to the direction of the
  • Magnetic sensitive element can be outside of a plane
  • the first and / or the second magnetically sensitive element can be fastened in a cover, which are arranged above the first primary mass. Accordingly, the magnetoresensitive can Elements may be arranged above the first primary mass.
  • the magnetically sensitive elements can be arranged such that they are in the undeflected state of the first primary mass directly above the magnetic field generating elements.
  • This arrangement allows a particularly high sensitivity for movements of the primary mass in a direction in which the magnetically sensitive elements and the magnetic field generating elements are moved towards each other. This direction can be the z-direction.
  • the third magnetically sensitive element and / or the fourth magnetically sensitive element can be arranged outside a plane in which the first secondary mass extends in an undeflected state.
  • the third and / or the fourth magnetically sensitive element may be fastened in the cover, which are arranged above the first secondary mass. Accordingly, the magnetically sensitive elements can be arranged above the first secondary mass.
  • the magnetically sensitive elements can be arranged such that they are in the undeflected state of the first secondary mass directly above the
  • magnetic field generating elements are located. This arrangement allows a particularly high sensitivity for movements of the secondary mass in a direction in which the
  • This direction can be the z-direction.
  • the base body may include a lid and a substrate, wherein the first primary mass and the first secondary mass are encapsulated between the lid and the substrate.
  • At least one magnetically sensitive element can be attached to one
  • the first magnetically sensitive element and / or the second magnetically sensitive element and / or the third magnetically sensitive element and / or the fourth magnetically sensitive element may be arranged on an inner side of the cover.
  • the sensor can further magnetically sensitive elements and
  • the MEMS rotation rate sensor allows a measurement of rotation rates about several axes.
  • the sensor can be designed to measure rotation rates about each of the three spatial axes.
  • the senor can, for example, measure the movement of a secondary mass in each of the three spatial directions.
  • FIG. 1 shows a MEMS rotation rate sensor according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows a MEMS rotation rate sensor according to FIG.
  • FIG. 3 shows a MEMS rotation rate sensor according to FIG.
  • FIG. 4 shows a MEMS rotation rate sensor according to FIG.
  • FIG. 5 shows a MEMS rotation rate sensor according to FIG.
  • FIG. 6 shows a MEMS rotation rate sensor according to FIG.
  • FIG. 7 shows a MEMS rotation rate sensor according to a seventh exemplary embodiment.
  • FIG. 8 shows a MEMS yaw rate sensor according to eighth
  • FIGS. 9A, 9B and 9C show a MEMS yaw rate sensor according to a ninth embodiment.
  • FIG. 10 shows a MEMS rotation rate sensor according to FIG.
  • FIG. 11 shows a cross section through a sensor.
  • FIG. 1 shows a MEMS gyroscope sensor 1.
  • FIG. 1 shows a MEMS gyroscope sensor 1.
  • the MEMS yaw rate sensor 1 shown in FIG. 1 is designed to measure a yaw rate about the z axis.
  • the MEMS rotation rate sensor 1 has a main body 2.
  • the body 2 is a body that is not in
  • the main body 2 has a
  • the MEMS rotation rate sensor 1 has a first one
  • Primary mass 3 on. This is connected via primary springs 4 to the main body 2.
  • Primary springs 4 to the main body 2.
  • the primary springs 4 have a planar Expansion in z-direction and in y-direction. In the x direction, the primary springs 4 have a significantly smaller extent than in the y and z directions. Accordingly, the primary springs 4 preferably allow a movement of the first primary mass 3 relative to the base body 2 in the x-direction. In contrast, the primary springs 4 are rigid in the y-direction and in the z-direction and allow no substantial movement of the first primary mass 3 relative to the base body 2 in the y-direction and in the z-direction.
  • the drive element 5 is a capacitor.
  • the capacitor has overlapping fingers which alternately on the base body 2 as well as on the first
  • the first primary mass 3 is excited to a primary movement.
  • the primary movement is an oscillation in the x direction.
  • the MEMS rotation rate sensor 1 has a first one
  • the first secondary mass 6 is connected via a suspension 7 with the first primary mass 3.
  • the suspension 7 has secondary springs, which have a planar extension in the x-direction and in the z-direction. In the y-direction, the secondary springs have a smaller extent than in the x-direction and in the z-direction. Accordingly, the suspension 7 is configured such that the first secondary mass 6 in the y-direction relative to the first
  • Primary mass 3 can move and that the first secondary mass 6 can not move significantly relative to the first primary mass 3 in the x-direction and in the z-direction.
  • the suspension 7 is designed such that the
  • Basic body 2 is transferred into a primary movement of the first secondary mass 6 relative to the base body 2.
  • the primary movement of the first secondary mass 6 is also in a vibration in the x-direction relative to the base body. 2
  • the suspension 7 allows a secondary movement of the first secondary mass 6 relative to the first primary mass 3.
  • the secondary movement is an oscillation in the y-direction relative to the first primary mass 3.
  • the MEMS rotation rate sensor 1 about the z-axis rotated and also the first primary mass 3 to a primary movement, ie to vibrations in the x-direction relative to the main body 2, excited, so learns the first secondary mass 6 a
  • Rate of rotation sensor 1 is based on measuring this secondary movement of the first secondary mass 6 in order to determine the rate of rotation about the z-axis.
  • the primary movement of the first primary mass 3 and the secondary movement of the first secondary mass 6 are measured independently of each other.
  • the MEMS yaw rate sensor 1 uses magnetic field generating elements and magnetically sensitive elements.
  • the magnetic field generating elements each generate one
  • the magnetic field generating elements may be magnetic dipole structures.
  • the MEMS rotation rate sensor 1 For measuring the fields generated by the magnetic field generating elements, the MEMS rotation rate sensor 1, the
  • magnetically sensitive elements In the magnetically sensitive
  • Elements are magnetoresistive xMR structures.
  • the magnetically sensitive elements make it possible to detect the distance to a magnetic field generating element. Based on the measured values of the magnetically sensitive elements, the position of a magnetically sensitive element relative to a magnetic field generating element can also be determined.
  • the MEMS rotation rate sensor 1 has a first magnetically sensitive element 8, which is arranged on the base body 2. Furthermore, a first magnetic field generating element 9 is arranged on the first primary mass 3. If the first primary mass 3 now carries out a primary movement relative to the main body 2, then the first magnetically sensitive element 8 can change the field direction and / or the
  • Field strength of the field generated by the first magnetic field generating element 9 determine. From this, the primary movement can be measured. To further increase the accuracy, the MEMS yaw rate sensor 1 has another first
  • first elements in this case the elements are referred to, the measurement of the
  • Secondary movement is based on a magnetic principle in which a magnetically sensitive element 10 measures changes in field strength and / or field direction of a field generated by a magnetic field generating element 11.
  • a second magnetic field generating element 11 is arranged on the first secondary section 6.
  • Magnetic sensitive element 10 is arranged on the first primary mass 3. Does the first secondary mass 6 the
  • Magnetic sensitive element 10 detects changes in the field strength and / or direction of the second
  • Magnetic field generating element 11 generated magnetic field and can determine therefrom, the secondary movement of the first secondary mass 6 relative to the first primary mass 3.
  • the second magnetically sensitive element 10 can determine changes in the field direction by which angle the second magnetic field generating element 11 has been moved out of its initial position.
  • the distance of the first secondary mass 6 to the main body 2 in the y-direction with the aid of the further second magnetosensitive element 10 ⁇ and the further second magnetic field generating element 11 ⁇ can be determined.
  • the secondary movement of the first secondary mass 6 can be measured.
  • the secondary movement of the first secondary mass 6 can be measured.
  • the yaw rate of the MEMS yaw rate sensor 1 allows the yaw rate of the MEMS yaw rate sensor 1 to be determined about the z-axis. Furthermore, the primary movement of the first primary mass 3 is measured to disturbances in the
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of the MEMS yaw rate sensor 1.
  • the MEMS yaw rate sensor 1 according to the second exemplary embodiment is designed to determine a yaw rate about the y axis.
  • the secondary springs allow movement of the first secondary mass 6 relative to the first primary mass 3 in the z-direction. They are flat in the x-direction and in the y-direction and have a significantly smaller extension in the z-direction. Accordingly, the first secondary mass 6 according to the second embodiment can perform as a secondary movement a vibration in the z-direction. For this secondary movement, it is excited by the Coriolis force when the MEMS yaw rate sensor 1 is about the y-axis rotates and the first primary mass 3 performs a vibration in the x direction, the first to the second mass. 6
  • At least some of the magnetically sensitive elements 8, 8, 10, 10 can be ⁇ in one
  • the magnetically sensitive elements 8, 8 10, 10 ⁇ can be arranged in a plane above a plane in which the magnetic field generating elements 9, 9 11, 11 are ⁇ , when the first primary mass and the first secondary mass are in their respective starting position ie if they do not perform primary and / or secondary movement.
  • the magnetically sensitive elements 8, 8 10, 10 ⁇ may be located outside a plane in which the first primary mass 3 and the first secondary mass 6 extend.
  • the first magnetically sensitive element 8 can be so on the lid
  • FIG. 1 shows a third embodiment of the MEMS rotation rate sensor 1.
  • the MEMS rotation rate sensor 1 is for
  • the senor 1 has a second primary mass 12 and a second secondary mass 13.
  • the second primary mass 12 may have another
  • the second primary mass 12 can be excited in such a way that the primary movement of the second primary mass 12 runs in antiphase to the primary movement of the first primary mass 3.
  • the dimensioning of the springs 4 hereby supports the antiphase movement.
  • magnetically sensitive elements 8, 10, 10 15, 17 and magnetic field generating elements 9, 11, 11 14, 16 are provided.
  • a third magnetic field generating element 14 is provided on the second primary mass 12 and on the
  • a third magnetically sensitive element 15 is provided.
  • magnetic field generating elements 11, 11 16 are arranged on the secondary masses 6, 13. Further are Magnetic sensitive elements 10, 10 ⁇ arranged on the primary masses 3, 12 and the base body 2, the relative movement of the secondary masses 6, 13 based on the change in position of the
  • a fourth magnetic field generating element 16 is arranged and on the second primary mass 12, a fourth magnetically sensitive element 17 is arranged.
  • the further elements can detect tilts and / or twists, which could be caused for example by external disturbances or a non-clean manufacturing process.
  • the accuracy of the detection of a deflection and / or the other elements could be
  • Detection of a position in one or more of the three spatial directions can be increased.
  • Magnetically sensitive elements 8, 10, 10 15, 17 on the lid each vertically above one of the magnetic field generating
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of the MEMS rotation rate sensor 1, in which the sensor 1 likewise has a second primary mass 12 and a second secondary mass 13.
  • the MEMS yaw rate sensor 1 shown in FIG. 4 is designed to determine a rate of rotation about the z-axis. For detecting the primary movement of the first and the second
  • the first primary mass 3 is connected to the second primary mass 12 via coupling springs 18.
  • the coupling springs 18 allow movement of the first primary mass 3 relative to the second primary mass 12 in the x-direction.
  • the second secondary mass 13 is also connected to the first secondary mass 6 via coupling springs 18, which allow movement of the first secondary mass 6 relative to the second secondary mass 13 in the x-direction.
  • the coupling springs 18 between the primary masses 3, 12 and the secondary masses 6, 13 make it possible to more precisely synchronize the antiphase oscillations of the first and second primary masses 3, 12. In this way, the
  • Measurement accuracy can be increased.
  • the secondary masses 6 and 13 can also execute an antiphase oscillation in the y-direction.
  • FIG. 5 shows a fifth exemplary embodiment of the MEMS rotation rate sensor 1
  • the rotation rate sensor 1 a second primary mass 12 and a second secondary mass 13. to Detection of the primary movement of the first and second
  • the first secondary mass 6 is both with the first
  • the two suspensions 7 are each configured such that a primary movement of the primary masses 3, 12 is deflected in the x direction in a primary movement of the secondary masses 6, 13 in the y direction, that is in a direction which is perpendicular to the direction of Primary movement of the primary masses 3, 12.
  • the first and second primary masses 3, 12 become
  • FIG. 6 shows a sixth exemplary embodiment of the MEMS rotation rate sensor 1.
  • the first primary mass 3 is one
  • Torsional oscillator This is connected via a primary spring 4 to the base body.
  • the primary spring 4 is planar in the z-direction.
  • the first primary mass 3 can be excited to a primary movement in which it performs a torsional vibration about the z-axis. It vibrates accordingly in the x-y plane.
  • the MEMS rotation rate sensor 1 has a drive element 5, which excite the first primary mass 3 to the primary movement can.
  • the drive element 5 has capacitors with overlapping fingers, which are formed alternately on the base body and on the first primary mass 3 and each having excitation electrodes.
  • the primary mass is excited to the primary movement, i. to a torsional vibration in the x-y plane.
  • the first primary mass 3 has four arms and one
  • annular first secondary mass 6 is provided, which is connected to the primary mass 3 via a suspension 7.
  • suspension 7 are secondary springs which are flat in the x-direction and in the y-direction and which have a smaller extent in the z-direction. These are designed to transmit the primary movement, that is the torsional vibration, to the first secondary mass 6. In addition, they allow a tilt of the first
  • the sensor 1 is designed to measure yaw rates about the y-axis. Is the first primary mass 3 to the above
  • the MEMS rotation rate sensor 1 has corresponding
  • Embodiments allow to measure the primary movement of the first primary mass 3 and the secondary movement of the first secondary mass 6.
  • the magnetically sensitive elements 8, 10 are arranged on the base body.
  • Magnetic field generating elements 9, 11 are arranged on the first primary mass 3 and on the first secondary mass 6.
  • FIG. 7 shows a seventh exemplary embodiment of the MEMS rotation rate sensor 1.
  • the first primary mass 3 is designed as a torsional oscillator.
  • Embodiment characterized in that the MEMS rotation rate sensor 1 four secondary masses 6, 13, 6 13 ⁇ , which are each coupled via a suspension 7 with the first primary mass 3.
  • the suspension 7 has only in the z direction to a significant extent. In the other spatial directions is the
  • Suspension 7 designed as a long, thin bridge.
  • Primary mass 3 can perform as a secondary movement.
  • a rate of rotation about the y-axis can be determined by measuring this secondary movement.
  • the two further secondary mass 13, 13 ⁇ in such a way with the first primary mass 3 is connected across the secondary springs, that it can perform a vibration in the y-direction relative to the first primary mass 3 as a secondary movement.
  • a rate of rotation about the x-axis can be determined.
  • the MEMS yaw rate sensor 1 according to the seventh embodiment makes it possible to measure yaw rates about two axes.
  • each of the four secondary masses 6, 6 13, 13 ⁇ and on the first primary mass 3 is at least one in each case
  • Magnetic field generating element 9, 11 arranged. Furthermore, magnetically sensitive elements 8, 10 are on the base body
  • the sensor 1 has four secondary masses 6, 6 13, 13 ⁇ , which in pairs vibrate in phase opposition and capable of detecting rotation rates about the x-axis and y-axis
  • the suspension 7 is designed here as a spring bar, wherein the spring bars are deflectable by a force acting in the z direction. In contrast to forces in the x or the y direction, the spring bars are stiff and act essentially stiff.
  • FIGS. 9A, 9B and 9C show the rotation rate sensor 1 according to a ninth embodiment.
  • FIG. 9A shows the sensor in a plan view.
  • FIG. 9B and FIG. 9C each show a part of the sensor in each case in a cross section.
  • FIG. 9A shows the sensor in an undeflected state.
  • FIG. 9C shows the sensor in the deflected state.
  • the sensor 1 is a uniaxial
  • the sensor 1 has a first
  • the first primary mass 3 can by a
  • Drive element 5 are excited to a primary movement in which it is a torsional vibration in the x-y plane.
  • the suspension 7 of the secondary masses 6, 13 allows it to perform a vibration in the z-direction as a secondary movement. In this way, rotation rates can be determined.
  • Magnetic sensitive elements 10, 15 are disposed in a lid 19 of the sensor. Magnetic field generating elements 11, 14 are arranged on the secondary masses 6, 13.
  • Figure 10 shows a tenth embodiment, which differs from the ninth embodiment in that further secondary masses 6 13 ⁇ are provided.
  • Secondary masses 6, 6, 13, 13 ⁇ are suspended such that at least one secondary mass performs an oscillation in a first direction as a secondary motion and at least one other secondary mass vibration executes in a perpendicular second direction as a secondary movement. In this way, rotation rates around multiple axes with the sensor
  • FIG. 11 shows a cross section through a sensor 1, in which a magnetic field generating element 9 on a movable mass 20 and a magnetically sensitive element 8 at a
  • a stop 21 is configured to limit the movement of the movable mass 20.
  • the movable mass 20 may be, for example, a primary mass or a secondary mass.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen MEMS-Drehratensensor (1), der einen Grundkörper (2), eine erste Primärmasse (3), die dazu ausgestaltet ist, eine Primärschwingung relativ zu dem Grundkörper (2) auszuführen, eineerste Sekundärmasse (6), die mit der ersten Primärmasse (3) derart über eine Aufhängung (7) verbunden ist, dass die Primärbewegung der ersten Primärmasse (3) eine Primärbewegung der ersten Sekundärmasse (6) anregt und eine Sekundärbewegung der ersten Sekundärmasse (6) relativ zu der ersten Primärmasse (3) zugelassen wird, ein erstes magnetfelderzeugendes Element (9) und ein erstes magnetsensitives Element (8), von denen eines auf dem Grundkörper (2) angeordnet ist und eines auf der ersten Primärmasse (3) angeordnet ist, wobei das erste magnetsensitive Element (8) zur Bestimmung der Primärbewegung der ersten Primärmasse (3) relativ zu dem Grundkörper (2) ausgestaltet ist, und ein zweites magnetfelderzeugendes Element (11) und ein zweites magnetsensitives Element (10), von denen eines auf dem Grundkörper (2) oder der ersten Primärmasse (3) angeordnet ist und eines auf der ersten Sekundärmasse (6) angeordnet ist, wobei das zweite magnetsensitive Element (10) zur Bestimmung der Sekundärbewegung der ersten Sekundärmasse (6) relativ zu der ersten Primärmasse (3) ausgestaltet ist, aufweist.

Description

Beschreibung
MEMS-Drehratensensor Die vorliegende Erfindung betrifft einen MEMS-Drehratensensor (MEMS = Mikroelektromechanisches System) .
Für MEMS-basierte Sensoren gibt es verschiedenartige
Technologien und Messprinzipien. Gängig ist insbesondere der Einsatz kapazitiver Messprinzipien, bei denen eine Kapazität beispielsweise durch ineinandergreifende Fingerstrukturen oder vergrabene Elektrodenflächen ausgebildet sein kann.
Durch Änderungen der Kapazität kann dabei eine Auslenkung einer Massestruktur bestimmt werden kann. Kapazitive Sensoren sind beispielsweise aus US 7,694,563 B oder aus EP 0 906 557 B2 bekannt.
Bei derartigen Sensoren ist es üblich, für die Detektion einer Auslenkung einer Massenstruktur vergrabene Elektroden zu verwenden. Die vergrabenen Elektroden müssen hinreichend großflächig sein, um eine entsprechende Empfindlichkeit zu gewähren. Dadurch ist die Miniaturisierungsmöglichkeit eines solchen Sensors begrenzt. Ferner können sich parasitäre Kapazitäten in den MEMS- Strukturen negativ auf das Schwingverhalten und die
Sensitivität des Sensors auswirken.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen verbesserten Sensor vorzuschlagen. Der verbesserte Sensor könnte insbesondere auch eine bessere Miniaturisierung ermöglichen . Diese Aufgabe wird durch einen MEMS-Drehratensensor gemäß dem vorliegenden Anspruch 1 gelöst.
Es wird ein MEMS-Drehratensensor vorgeschlagen, der einen Grundkörper, eine erste Primärmasse, die dazu ausgestaltet ist, eine Primärschwingung relativ zu dem Grundkörper
auszuführen und eine erste Sekundärmasse, die mit der ersten Primärmasse derart über eine Aufhängung verbunden ist, dass die Primärbewegung der ersten Primärmasse eine Primärbewegung der ersten Sekundärmasse anregt und eine Sekundärbewegung der ersten Sekundärmasse relativ zu der ersten Primärmasse zugelassen wird. Insbesondere kann der MEMS-Drehratensensor derart ausgestaltet sein, dass die erste Sekundärmasse durch eine Corioliskraft zu der ersten Sekundärbewegung angeregt wird, wenn der MEMS-Drehratensensor eine Rotation ausführt und eine Primärbewegung von der ersten Primärmasse auf die erste Sekundärmasse übertragen wird. Die erste
Sekundärbewegung kann senkrecht zur ersten Primärbewegung und senkrecht zur Rotationsachse einer externen, zu messenden Drehung sein. Vorzugsweise wird die Sekundärbewegung nicht auf die Primärmasse rückgekoppelt und beeinflusst
dementsprechend deren Bewegung nicht. Es sollte somit keine Störung der Anregung durch die Sekundärbewegung induziert werden. Eine Vermeidung der Rückkopplung der Sekundärbewegung auf die Primärmasse kann durch entsprechende Ausgestaltungen der Federn erreicht werden.
Bei der Sekundärbewegung kann es sich insbesondere um eine Schwingung handeln. Bei der Primärbewegung der ersten
Primärmasse und bei der Primärbewegung der ersten
Sekundärmasse kann es sich ebenfalls um eine Schwingung handeln . Ferner weist der Sensor ein erstes magnetfelderzeugendes Element und ein erstes magnetsensitives Element auf. Eines dieser Elemente ist auf dem Grundkörper angeordnet und eines der Elemente ist auf der ersten Primärmasse angeordnet, wobei das erste magnetsensitive Element zur Bestimmung der
Primärbewegung der ersten Primärmasse relativ zu dem
Grundkörper ausgestaltet ist. Führt die erste Primärmasse eine Primärbewegung relativ zu dem Grundkörper aus, so wird das erste magnetfelderzeugende Element relativ zu dem ersten magnetsensitiven Element bewegt. Dadurch ändern sich die Feldstärke und/oder die Feldrichtung des vom ersten
magnetfelderzeugenden Element erzeugten Feldes am Ort des ersten magnetsensitiven Elementes. Diese Änderung kann vom ersten magnetsensitiven Element gemessen werden. Daraus können Rückschlüsse auf die relative Position der beiden
Elemente zueinander und damit auf die erste Primärbewegung gezogen werden.
Ferner kann der Sensor weitere magnetfelderzeugende Elemente und weitere magnetsensitive Elemente aufweisen, die jeweils entweder auf dem Grundkörper oder auf der ersten Primärmasse angeordnet sind. Auch diese können gemäß dem oben
beschriebenen Prinzip eine relative Position der ersten
Primärmasse zu dem Grundkörper und damit die erste
Primärbewegung messen. Durch die Verwendung mehrerer Elemente können Zweideutigkeiten in den Messdaten ausgeschlossen werden .
Ferner weist der MEMS-Drehratensensor ein zweites
magnetfelderzeugendes Element und ein zweites
magnetsensitives Element auf, von denen eines auf dem
Grundkörper oder der ersten Primärmasse angeordnet ist und eines auf der ersten Sekundärmasse angeordnet ist, wobei das zweite magnetsensitive Element zur Bestimmung der Sekundärbewegung der ersten Sekundärmasse relativ zu der ersten Primärmasse oder relativ zu dem Grundkörper
ausgestaltet ist. Dabei kann das oben beschriebene
Messprinzip angewendet werden. Insbesondere kann das zweite magnetsensitive Element Änderungen in der Feldstärke und/oder der Feldrichtung des vom zweiten magnetfelderzeugenden
Element erzeugten Feldes an seiner Position messen und daraus Rückschlüsse auf die relative Position der ersten
Sekundärmasse zu der ersten Primärmasse oder auf die relative Position der ersten Sekundärmasse zu dem Grundkörper und damit auf die Sekundärbewegung zielen.
Ferner können weitere magnetfelderzeugende Elemente und weitere magnetsensitive Element auf dem Grundkörper, der ersten Primärmasse und der ersten Sekundärmasse angeordnet sein, mit denen die Position der Sekundärmasse relativ zur Primärmasse oder relativ zu dem Grundkörper bestimmt wird, um Zweideutigkeiten in den Messergebnissen ausschließen zu können.
Die Erfindung ermöglicht es somit, großflächige Elektroden zu ersetzen, die bei kapazitiven Sensoren zur Detektion einer Auslenkung einer Massenstruktur, insbesondere in eine Z- Richtung, erforderlich sind. Stattdessen werden nunmehr magnetsensitive Elemente und magnetfelderzeugende Elemente verwendet, die eine deutlich geringere räumliche Ausdehnung aufweisen und damit eine weitere Miniaturisierung des MEMS- Drehratensensors erlauben. Die Messung mit Hilfe der
magnetfelderzeugenden Elemente und der magnetsensitiven
Elemente ermöglicht es darüber hinaus, auch die weiteren oben beschriebenen Nachteile der kapazitiven Sensoren, beispielsweise Störeinflüsse parasitärer Kapazitäten, auszuräumen .
Die magnetfelderzeugenden Elemente können insbesondere magnetische Dünnschichtstrukturen aufweisen. Ferner können die magnetfelderzeugenden Elemente magnetische
Dipolstrukturen zur Magnetfelderzeugung aufweisen. Die magnetischen Dipolstrukturen können parallel oder senkrecht zu den Dünnschichtstrukturen angeordnet sein.
Alternativ können die magnetfelderzeugenden Elemente
magnetische Dickschichtstrukturen aufweisen. Ferner können die magnetfelderzeugenden Elemente magnetische
Dipolstrukturen zur Magnetfelderzeugung aufweisen. Die magnetischen Dipolstrukturen können parallel oder senkrecht zu den Dickschichtstrukturen angeordnet sein.
Bei den magnetsensitiven Elementen kann es sich insbesondere um magnetoresistive XMR-Strukturen handeln, z.B. AMR Elemente (AMR = anisotropic magnetoresistiv) , GMR Elemente (GMR = giant magnetoresistiv) oder TMR Elemente (TMR = tunneling magnetoresistiv) .
Bei dem hier beschriebenen Drehratensensor werden eine
Primärbewegung und eine Sekundärbewegung voneinander
entkoppelt, indem diese Bewegungen von einer Primärmasse beziehungsweise einer Sekundärmasse ausgeführt werden.
Dadurch kann die Messgenauigkeit erhöht werden. Störungen in der Primärbewegung, zum Beispiel durch lineare
Beschleunigungen oder Vibrationen des Sensors, beeinflussen auch die Sekundärbewegung. Der Einfluss solcher Störungen kann durch die Vermessung beider Bewegungen unabhängig voneinander reduziert werden. Dieses kann durch eine geeignete Dimensionierung der Federn erreicht werden. Der MEMS-Drehratensensor kann beispielsweise derart konstruiert sein, dass die erste Primärmasse nur Freiheitsgrade in eine Raumrichtung aufweist und die erste Sekundärmasse in zwei Raumrichtungen ausgelenkt werden kann, wobei es sich bei den zwei Raumrichtungen um die Richtung der Primärschwingung und die Richtung der Sekundärschwingung handelt, welche durch die Corioliskraft hervorgerufen wird. Sowohl die Primärbewegung als auch die Sekundärbewegung werden mit Hilfe von magnetfelderzeugenden Elementen und magnetsensitiven Elementen vermessen, die auf Grundkörper, der ersten Primärmasse und der ersten Sekundärmasse
angeordnet sind, wobei die magnetsensitiven Elemente jeweils Änderungen in der Feldrichtung und/oder der Feldstärke der von den magnetfelderzeugenden Elementen erzeugten Feldern messen können.
Ferner kann der Drehratensensor eine zweite Primärmasse, die dazu ausgestaltet ist, eine Primärschwingung relativ zu dem Grundkörper auszuführen, und eine zweite Sekundärmasse aufweisen, die mit der zweiten Primärmasse derart über eine weitere Aufhängung verbunden ist, dass die Primärschwingung der zweiten Primärmasse eine Primärbewegung der zweiten
Sekundärmasse anregt und eine Sekundärbewegung der zweiten Sekundärmasse relativ zu der zweiten Primärmasse zugelassen wird .
Die erste Primärmasse und die zweite Primärmasse können dabei zu Schwingungen angeregt werden, die um 180° zueinander phasenverschoben sind. Auf diese Weise können Störungen, beispielsweise Beschleunigungen, kompensiert werden. Der Sensor kann ferner ein drittes magnetfelderzeugendes Element und ein drittes magnetsensitives Element aufweisen, von denen eines auf dem Grundkörper angeordnet ist und eines auf der zweiten Primärmasse angeordnet ist, wobei das dritte magnetsensitive Element zur Bestimmung der Primärbewegung der Primärmasse relativ zu dem Grundkörper ausgestaltet ist. Der Sensor kann ferner ein viertes magnetfelderzeugendes Element und ein viertes magnetsensitives Element aufweisen, von denen eines auf dem Grundkörper oder der zweiten Primärmasse angeordnet ist und eines auf der zweiten Sekundärmasse angeordnet ist, wobei das vierte magnetsensitive Element zur Bestimmung der Sekundärbewegung der zweiten Sekundärmasse relativ zu der zweiten Primärmasse oder zu dem Grundkörper ausgestaltet ist.
Die Primärbewegung der zweiten Primärmasse und die
Sekundärbewegung der zweiten Sekundärmasse können somit ebenfalls mit Hilfe von magnetsensitiven Elementen und magnetfelderzeugenden Elementen vermessen werden. Durch die Verwendung einer zweiten Primärmasse und einer zweiten
Sekundärmasse kann die Messgenauigkeit des Sensors insgesamt erhöht werden. Außerdem können auf diese Weise Störungen kompensiert werden. Die zweite Primärmasse kann dazu ausgelegt sein, eine
Primärschwingung relativ zu dem Grundkörper auszuführen, die gegenphasig zu der Primärschwingung der ersten Primärmasse ist. Insbesondere können die erste und die zweite Primärmasse gegenphasig zueinander angeregt werden. Durch die
gegenphasige Anregung der beiden Primärmassen wird der Sensor weniger anfällig gegen Störungen. Die erste Primärmasse und die zweite Primärmasse können über Kopplungsfedern miteinander verbunden sein. Die erste
Sekundärmasse und die zweite Sekundärmasse können über
Kopplungsfedern miteinander verbunden sein. Durch die
Verwendung von Kopplungsfedern kann es ermöglicht werden, die gegenphasigen Schwingungen besser zueinander zu
synchronisieren und dadurch die Messgenauigkeit zu erhöhen.
Bei der ersten Primärmasse kann es sich um einen
Torsionsschwinger handeln, wobei es sich bei der
Primärbewegung der ersten Primärmasse um eine
Torsionsschwingung handelt.
Die Primärbewegung der ersten Sekundärmasse kann in die gleiche Richtung erfolgen wie die Primärbewegung der ersten Primärmasse. Alternativ kann die Primärbewegung der ersten Sekundärmasse senkrecht zur Primärbewegung der ersten
Primärmasse erfolgen. Durch eine entsprechende Wahl der Richtungen der Primärbewegung und der Sekundärbewegung kann die Achse festgelegt werden, um die der Sensor gedreht werden kann und die entsprechende Drehrate messen kann. Der Sensor kann dabei stets so ausgelegt sein, eine Drehrate um eine Achse zu bestimmen, die senkrecht zur Richtung der
Primärbewegung der Sekundärmasse und senkrecht zur Richtung der Sekundärbewegung der Sekundärmasse ist.
Das erste magnetsensitive Element und/oder das zweite
magnetsensitive Element können außerhalb einer Ebene
angeordnet sein, in der sich die erste Primärmasse in einem unausgelenkten Zustand erstreckt. Insbesondere können das erste und/oder das zweite magnetsensitive Element in einem Deckel befestigt sein, der über der ersten Primärmasse angeordnet sind. Dementsprechend können die magnetsensitiven Elemente über der ersten Primärmasse angeordnet sein.
Insbesondere können die magnetsensitiven Elemente derart angeordnet sein, dass sie sich im unausgelenkten Zustand der ersten Primärmasse unmittelbar über den magnetfelderzeugenden Elementen befinden. Diese Anordnung ermöglicht eine besonders hohe Sensitivität für Bewegungen der Primärmasse in eine Richtung, bei der die magnetsensitiven Elemente und die magnetfelderzeugenden Elemente aufeinander zubewegt werden. Diese Richtung kann die z-Richtung sein.
Ferner können das dritte magnetsensitive Element und/oder das vierte magnetsensitive Element können außerhalb einer Ebene angeordnet sein, in der sich die erste Sekundärmasse in einem unausgelenkten Zustand erstreckt. Insbesondere können das dritte und/oder das vierte magnetsensitive Element in dem Deckel befestigt sein, der über der ersten Sekundärmasse angeordnet sind. Dementsprechend können die magnetsensitiven Elemente über der ersten Sekundärmasse angeordnet sein.
Insbesondere können die magnetsensitiven Elemente derart angeordnet sein, dass sie sich im unausgelenkten Zustand der ersten Sekundärmasse unmittelbar über den
magnetfelderzeugenden Elementen befinden. Diese Anordnung ermöglicht eine besonders hohe Sensitivität für Bewegungen der Sekundärmasse in eine Richtung, bei der die
magnetsensitiven Elemente und die magnetfelderzeugenden
Elemente aufeinander zubewegt werden. Diese Richtung kann die z-Richtung sein.
Der Grundkörper kann einen Deckel und ein Substrat aufweisen, wobei die erste Primärmasse und die erste Sekundärmasse zwischen dem Deckel und dem Substrat eingekapselt sind.
Zumindest ein magnetsensitives Element kann an einer
Innenseite des Deckels angeordnet sein. Beispielsweise können das erste magnetsensitive Element und/oder das zweite magnetsensitive Element und/oder das dritte magnetsensitive Element und/oder das vierte magnetsensitive Element an einer Innenseite des Deckels angeordnet sein.
Der Sensor kann weitere magnetsensitive Elemente und
magnetfelderzeugende Elemente aufweisen, wobei der MEMS- Drehratensensor eine Messung von Drehraten um mehrere Achsen ermöglicht. Insbesondere kann der Sensor zur Messung von Drehraten um jede der drei Raumachsen ausgestaltet sein.
Dabei kann der Sensor beispielsweise die Bewegung einer Sekundärmasse in jede der drei Raumrichtungen vermessen.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der
Figuren genauer beschrieben.
Figur 1 zeigt einen MEMS-Drehratensensor gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel .
Figur 2 zeigt einen MEMS-Drehratensensor gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel.
Figur 3 zeigt einen MEMS-Drehratensensor gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel.
Figur 4 zeigt einen MEMS-Drehratensensor gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel.
Figur 5 zeigt einen MEMS-Drehratensensor gemäß einem
fünften Ausführungsbeispiel.
Figur 6 zeigt einen MEMS-Drehratensensor gemäß
sechsten Ausführungsbeispiel. Figur 7 zeigt einen MEMS-Drehratensensor gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel. Figur 8 zeigt einen MEMS-Drehratensensor gemäß einem achten
Ausführungsbeispiel .
Figuren 9A, 9B und 9C zeigen einen MEMS-Drehratensensor gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel.
Figur 10 zeigt einen MEMS-Drehratensensor gemäß einem
zehnten Ausführungsbeispiel.
Figur 11 zeigt einen Querschnitt durch einen Sensor.
Figur 1 zeigt einen MEMS-Drehratensensor 1. Im Folgenden werden Richtungsangaben anhand des in Figur 1 und den
weiteren Figuren eingezeichneten kartesischen
Koordinatensystems vorgenommen. Der in Figur 1 gezeigte MEMS- Drehratensensor 1 ist zur Messung einer Drehrate um die z- Achse ausgelegt.
Der MEMS-Drehratensensor 1 weist einen Grundkörper 2 auf. Als Grundkörper 2 wird ein Körper bezeichnet, der nicht in
Schwingungen versetzt wird. Der Grundkörper 2 weist ein
Substrat und einen Deckel (in Figur 1 nicht gezeigt) auf.
Ferner weist der MEMS-Drehratensensor 1 eine erste
Primärmasse 3 auf. Diese ist über Primärfedern 4 mit dem Grundkörper 2 verbunden. Insbesondere ist die erste
Primärmasse 3 über vier Primärfedern 4 mit dem Grundkörper 2 verbunden, die jeweils an einer Ecke der ersten Primärmasse 3 angeordnet sind. Die Primärfedern 4 weisen eine flächige Ausdehnung in z-Richtung und in y-Richtung auf. In x-Richtung weisen die Primärfedern 4 eine deutlich geringere Ausdehnung als in y- und z-Richtung auf. Dementsprechend erlauben die Primärfedern 4 bevorzugt eine Bewegung der ersten Primärmasse 3 relativ zu dem Grundkörper 2 in x-Richtung. In y- und in z- Richtung sind die Primärfedern 4 dagegen starr und lassen keine wesentliche Bewegung ersten Primärmasse 3 relativ zu dem Grundkörper 2 in y-Richtung und in z-Richtung zu.
Ferner ist zwischen dem Grundkörper 2 und der ersten
Primärmasse 3 ein Antriebselement 5 angeordnet, dass die erste Primärmasse 3 zu einer Primärbewegung anregen kann. Bei dem Antriebselement 5 handelt es sich um einen Kondensator. Der Kondensator weist einander überlappende Finger auf, die abwechselnd am Grundkörper 2 als auch an der ersten
Primärmasse 3 ausgebildet sind und die jeweils
Anregungselektroden aufweisen. Wird nunmehr an die
Anregungselektroden eine Wechselspannung angelegt, so wird die erste Primärmasse 3 zu einer Primärbewegung angeregt. Bei der Primärbewegung handelt es sich um eine Schwingung in x- Richtung .
Ferner weist der MEMS-Drehratensensor 1 eine erste
Sekundärmasse 6 auf. Die erste Sekundärmasse 6 ist über eine Aufhängung 7 mit der ersten Primärmasse 3 verbunden. Die Aufhängung 7 weist Sekundärfedern auf, die eine flächige Ausdehnung in x-Richtung und in z-Richtung aufweisen. In y- Richtung weisen die Sekundärfedern eine geringere Ausdehnung als in x-Richtung und in z-Richtung auf. Dementsprechend ist die Aufhängung 7 derart ausgestaltet, dass sich die erste Sekundärmasse 6 in y-Richtung relativ zu der ersten
Primärmasse 3 bewegen kann und dass die erste Sekundärmasse 6 sich in x-Richtung und in z-Richtung nicht wesentlich relativ zu der ersten Primärmasse 3 bewegen kann.
Die Aufhängung 7 ist derart ausgestaltet, dass die
Primärbewegung der ersten Primärmasse 3 relativ zu dem
Grundkörper 2 übertragen wird in eine Primärbewegung der ersten Sekundärmasse 6 relativ zu dem Grundkörper 2. Die Primärbewegung der ersten Sekundärmasse 6 ist ebenfalls in eine Schwingung in x-Richtung relativ zu dem Grundkörper 2.
Zusätzlich erlaubt die Aufhängung 7 eine Sekundärbewegung der ersten Sekundärmasse 6 relativ zu der ersten Primärmasse 3. Bei der Sekundärbewegung handelt es sich um eine Schwingung in y-Richtung relativ zu der ersten Primärmasse 3. Wird nunmehr der MEMS-Drehratensensor 1 um die z-Achse gedreht und wird ferner die erste Primärmasse 3 zu einer Primärbewegung, d.h. zu Schwingungen in x-Richtung relativ zu dem Grundkörper 2, angeregt, so erfährt die erste Sekundärmasse 6 eine
Corioliskraft , die die erste Sekundärmasse 6 zu Schwingungen in y-Richtung anregt. Das Messprinzip des MEMS-
Drehratensensors 1 basiert darauf, diese Sekundärbewegung der ersten Sekundärmasse 6 zu vermessen, um daraus die Drehrate um die z-Achse zu bestimmen. Bei dem MEMS-Drehratensensor 1 werden die Primärbewegung der ersten Primärmasse 3 und die Sekundärbewegung der ersten Sekundärmasse 6 unabhängig voneinander vermessen. Zur
Vermessung der Primärbewegung der ersten Primärmasse 3 und der Sekundärbewegung der ersten Sekundärmasse 6 verwendet der MEMS-Drehratensensor 1 magnetfelderzeugende Elemente und magnetsensitive Elemente. Die magnetfelderzeugenden Elemente erzeugen jeweils ein
Magnetfeld, dessen Feldstärke und Feldrichtung genau bekannt ist. Bei den magnetfelderzeugenden Elementen kann es sich um magnetische Dipolstrukturen handeln.
Zur Vermessung der von den magnetfelderzeugenden Elementen erzeugten Felder weist der MEMS-Drehratensensor 1 die
magnetsensitiven Elemente auf. Bei den magnetsensitiven
Elementen handelt es sich um magnetoresistive xMR Strukturen. Die magnetsensitiven Elemente ermöglichen es, den Abstand zu einem magnetfelderzeugenden Element zu detektieren. Ausgehend von den Messwerten der magnetsensitiven Elemente kann auch die Position eines magnetsensitiven Elements relativ zu einem magnetfelderzeugenden Element bestimmt werden.
Insbesondere weist der MEMS-Drehratensensor 1 ein erstes magnetsensitives Element 8 auf, das auf dem Grundkörper 2 angeordnet ist. Ferner ist ein erstes magnetfelderzeugendes Element 9 auf der ersten Primärmasse 3 angeordnet. Führt die erste Primärmasse 3 nunmehr eine Primärbewegung relativ zu dem Grundkörper 2 aus, so kann das erste magnetsensitive Element 8 eine Änderung der Feldrichtung und/oder der
Feldstärke des von dem ersten magnetfelderzeugenden Element 9 erzeugten Felds feststellen. Daraus kann die Primärbewegung vermessen werden. Zur weiteren Erhöhung der Genauigkeit weist der MEMS-Drehratensensor 1 ein weiteres erstes
magnetsensitives Element 8 λ auf dem Grundkörper 2 und ein weiteres erstes magnetfelderzeugendes Element 9 λ auf der ersten Primärmasse 3 auf. Als „erste" Elemente werden hierbei die Elemente bezeichnet, die die Vermessung der
Primärbewegung ermöglichen. Durch die Verwendung mehrere erster magnetsensitiver Elemente 8, 8λ auf dem Grundkörper und mehrerer magnetfelderzeugender Elemente 9, 9λ auf der ersten Primärmassen können Zweideutigkeiten in den Messergebnissen ausgeschlossen werden.
Unabhängig von der Messung der Primärbewegung der ersten Primärmasse 3 wird die Sekundärbewegung der ersten
Sekundärmasse 6 vermessen. Auch die Vermessung der
Sekundärbewegung basiert auf einem magnetischen Prinzip, bei dem ein magnetsensitives Element 10 Änderungen in Feldstärke und/oder Feldrichtung eines von einem magnetfelderzeugenden Element 11 erzeugten Feldes vermisst.
Dazu ist ein zweites magnetfelderzeugendes Element 11 auf der ersten Sekundärmesse 6 angeordnet. Ein zweites
magnetsensitives Element 10 ist auf der ersten Primärmasse 3 angeordnet. Führt die erste Sekundärmasse 6 die
Sekundärbewegung relativ zur ersten Primärmasse 3 aus, d.h. eine Schwingung in y-Richtung, so wird das zweite
magnetfelderzeugende Element 11 relativ zu dem zweiten magnetsensitiven Element 10 bewegt. Das zweite
magnetsensitive Element 10 erkennt Änderungen der Feldstärke und/oder der Richtung des von dem zweiten
magnetfelderzeugenden Element 11 erzeugten Magnetfeldes und kann daraus die Sekundärbewegung der ersten Sekundärmasse 6 relativ zu der ersten Primärmasse 3 bestimmen. Insbesondere kann das zweite magnetsensitive Element 10 über Änderungen in der Feldrichtung bestimmen, um welchen Winkel das zweite magnetfelderzeugende Element 11 aus seiner Ausgangslage herausbewegt wurde. Des Weiteren ist ein weiteres zweites magnetfelderzeugendes
Element 10 λ auf der ersten Sekundärmasse 6 angeordnet und ein weiteres zweites magnetsensitives Element 11 λ auf dem
Grundkörper 2, die eine Relativbewegung der ersten Sekundärmasse 6 zu dem Grundkörper 2 bestimmen können.
Insbesondere kann der Abstand der ersten Sekundärmasse 6 zu dem Grundkörper 2 in y-Richtung mit Hilfe des weiteren zweiten magnetsensitiven Elementes 10 λ und des weiteren zweiten magnetfelderzeugenden Elementes 11 λ bestimmt werden.
Aus den von den magnetsensitiven Elementen 10, 10 λ
ermittelten Messwerten kann die Sekundärbewegung der ersten Sekundärmasse 6 vermessen werden. Insbesondere kann die
Frequenz der Sekundärbewegung bestimmt werden, die es
ermöglicht, die Drehrate des MEMS-Drehratensensors 1 um die z-Achse zu bestimmen. Ferner wird die Primärbewegung der ersten Primärmasse 3 vermessen, um Störungen in der
Primärbewegung, die die Sekundärbewegung beeinflussen und so zu Messungenauigkeiten führen könnten, zu erkennen und somit berücksichtigen zu können.
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des MEMS- Drehratensensors 1. Der MEMS-Drehratensensor 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist zur Bestimmung einer Drehrate um die y-Achse ausgelegt.
Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel durch die Ausgestaltung der
Sekundärfedern der Aufhängung 7. Die Sekundärfedern erlauben eine Bewegung der ersten Sekundärmasse 6 relativ zur ersten Primärmasse 3 in z-Richtung. Sie sind in x-Richtung und in y- Richtung flächig ausgeführt und weisen in z-Richtung eine deutlich geringere Ausdehnung auf. Dementsprechend kann die erste Sekundärmasse 6 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel als Sekundärbewegung eine Schwingung in z-Richtung ausführen. Zu dieser Sekundärbewegung wird sie durch die Corioliskraft angeregt, wenn der MEMS-Drehratensensor 1 sich um die y-Achse dreht und die erste Primärmasse 3 eine Schwingung in x- Richtung ausführt, die auf die erste Sekundärmasse 6
übertragen wird. Sowohl bei dem in Figur 1 als auch bei dem in Figur 2
gezeigten Ausführungsbeispiel können zumindest einige der magnetsensitiven Elemente 8, 8 10, 10 λ in einer
alternativen Ausgestaltung auch auf dem Deckel angeordnet werden. Dementsprechend können die magnetsensitiven Elemente 8, 8 10, 10 λ in einer Ebene oberhalb einer Ebene angeordnet sein, in der sich die magnetfelderzeugenden Elemente 9, 9 11, 11 λ befinden, wenn die erste Primärmasse und die erste Sekundärmasse sich in ihrer jeweiligen Ausgangslage befinden, d.h. wenn diese keine Primär- und/oder Sekundärbewegung ausführen.
Die magnetsensitiven Elemente 8, 8 10, 10 λ können sich außerhalb einer Ebene, in der sich die erste Primärmasse 3 und die erste Sekundärmasse 6 erstrecken, befinden. Das erste magnetsensitive Element 8 kann derart an dem Deckel
angeordnet werden, dass es sich unmittelbar über dem ersten magnetfelderzeugenden Element 9 befindet, wenn die erste Primärmasse 3 sich in ihrer Ausgangslage befindet. Gleiches gilt für das weitere erste magnetsensitive Element 8 λ und das weitere erste magnetfelderzeugende Element 9λ. Ferner kann das zweite magnetsensitive Element 10 derart an dem Deckel angeordnet werden, dass es sich unmittelbar über dem zweiten magnetfelderzeugenden Element 11 befindet, wenn die erste Sekundärmasse 6 sich in ihrer Ausgangslage befindet. Gleiches gilt für das weitere zweite magnetsensitive Element 10 λ und das weitere zweite magnetfelderzeugende Element 11 λ. Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des MEMS- Drehratensensors 1. Der MEMS-Drehratensensor 1 ist zur
Detektion einer Drehrate um die z-Achse ausgestaltet. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel weist der Sensor 1 eine zweite Primärmasse 12 und eine zweite Sekundärmasse 13 auf. Die zweite Primärmasse 12 kann über ein weiteres
Antriebselement 5λ zu einer Primärbewegung angeregt werden. Die Primärbewegungen der ersten Primärmasse 3 und der zweiten Primärmasse 12 sind jeweils Schwingungen in die gleiche
Richtung, hier in die x-Richtung. Die zweite Primärmasse 12 kann derart angeregt werden, dass die Primärbewegung der zweiten Primärmasse 12 gegenphasig zu der Primärbewegung der ersten Primärmasse 3 verläuft. Die Dimensionierung der Federn 4 unterstützt hierbei die gegenphasige Bewegung.
Zur Detektion der Primärbewegung der ersten und der zweiten Primärmasse 3, 12 sowie der Sekundärbewegung der ersten und der zweiten Sekundärmasse 6, 13 sind magnetsensitive Elemente 8, 10, 10 15, 17 und magnetfelderzeugende Elemente 9, 11, 11 14, 16 vorgesehen.
Es sind insbesondere magnetfelderzeugende Elemente 9, 14 auf den beiden Primärmassen 3, 12 und magnetsensitive Elemente 8, 15 auf dem Grundkörper 2 zur Detektion der beiden
Primärbewegungen relativ zu dem Grundkörper 2 vorgesehen. Beispielsweise ist auf der zweiten Primärmasse 12 ein drittes magnetfelderzeugendes Element 14 vorgesehen und auf dem
Grundkörper 2 ist ein drittes magnetsensitives Element 15 vorgesehen.
Des Weiteren sind magnetfelderzeugende Elemente 11, 11 16 auf den Sekundärmassen 6, 13 angeordnet. Ferner sind magnetsensitive Elemente 10, 10 λ auf den Primärmassen 3, 12 und dem Grundkörper 2 angeordnet, die die Relativbewegung der Sekundärmassen 6, 13 anhand der Positionsänderung der
magnetfelderzeugenden Elemente 11, 11 λ auf den Sekundärmassen 6, 13 erkennen. Beispielsweise ist auf der zweiten
Sekundärmasse 13 ein viertes magnetfelderzeugendes Element 16 angeordnet und auf der zweiten Primärmasse 12 ist ein viertes magnetsensitives Element 17 angeordnet. Durch die weiteren Elemente lassen sich Verkippungen und/oder Verdrehungen detektieren, die zum Beispiel durch externe Störungen oder einen nicht sauberen Herstellungsprozess hervorgerufen werden könnten. Außerdem könnte durch die weiteren Elemente die Genauigkeit der Detektion einer Auslenkung und/oder der
Detektion einer Position in einer oder mehreren der drei Raumrichtungen erhöht werden.
In einer alternativen Ausgestaltung des dritten
Ausführungsbeispiels können zumindest einige der
magnetsensitiven Elemente 8, 10, 10 15, 17 an dem Deckel jeweils vertikal über einem der magnetfelderzeugenden
Elemente 9, 11, 11 14, 16 angeordnet sein.
Durch die Verwendung der zweiten Primärmasse 12 und der zweiten Sekundärmasse 13 kann die Messgenauigkeit des MEMS- Drehratensensors 1 erhöht werden. Außerdem wird der Sensor 1 weniger anfällig gegen Störungen. Dieses kann durch die gegenphasige Anregung der beiden Primärmassen 3, 12 weiter verbessert werden. Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des MEMS- Drehratensensors 1, bei dem der Sensor 1 ebenfalls eine zweite Primärmasse 12 und eine zweite Sekundärmasse 13 aufweist. Der in Figur 4 gezeigte MEMS-Drehratensensor 1 ist zur Bestimmung einer Drehrate um die z-Achse ausgelegt. Zur Detektion der Primärbewegung der ersten und der zweiten
Primärmasse 3, 12 sowie der Sekundärbewegung der ersten und der zweiten Sekundärmasse 6, 13 sind magnetsensitive Elemente 8, 10, 10 15, 17 und magnetfelderzeugende Elemente 9, 11, 11 14, 16 vorgesehen.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel ist die erste Primärmasse 3 mit der zweiten Primärmasse 12 über Koppelungsfedern 18 verbunden. Die Kopplungsfedern 18 erlauben eine Bewegung der ersten Primärmasse 3 relativ zu der zweiten Primärmasse 12 in x-Richtung. Ferner ist auch die zweite Sekundärmasse 13 mit der ersten Sekundärmasse 6 über Kopplungsfedern 18 verbunden, die eine Bewegung der ersten Sekundärmasse 6 relativ zu der zweiten Sekundärmasse 13 in x-Richtung erlauben.
Die Kopplungsfedern 18 zwischen den Primärmassen 3, 12 und den Sekundärmassen 6, 13 ermöglichen es, die gegenphasigen Schwingungen der ersten und der zweiten Primärmasse 3, 12 genauer zu synchronisieren. Auf diese Weise kann die
Messgenauigkeit erhöht werden.
Die Sekundärmassen 6 und 13 können auch in y-Richtung eine zueinander gegenphasige Schwingung ausführen. Die
Kopplungsfeder 18, die die beiden Sekundärmassen 6, 13 miteinander verbindet, sollte in diesem Fall so ausgestaltet sein, dass sie die zueinander gegenphasige Schwingung in y- Richtung zulässt. Figur 5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel des MEMS- Drehratensensors 1. Auch gemäß dem fünften
Ausführungsbeispiel weist der Drehratensensor 1 eine zweite Primärmasse 12 und eine zweite Sekundärmasse 13 auf. Zur Detektion der Primärbewegung der ersten und der zweiten
Primärmasse 3, 12 sowie der Sekundärbewegung der ersten und der zweiten Sekundärmasse 6, 13 sind magnetsensitive Elemente 8, 10, 15, 17 und magnetfelderzeugende Elemente 9, 11, 14, 16 vorgesehen.
Die erste Sekundärmasse 6 ist sowohl mit der ersten
Primärmasse 3 als auch mit der zweiten Primärmasse 12 über eine Aufhängung 7 verbunden. Auch die zweite Sekundärmasse 13 ist sowohl mit der ersten Primärmasse 3 als auch mit der zweiten Primärmasse 12 über eine Aufhängung 7 verbunden. Die beiden Aufhängungen 7 sind dabei jeweils derart ausgestaltet, dass eine Primärbewegung der Primärmassen 3, 12 in x-Richtung umgelenkt wird in eine Primärbewegung der Sekundärmassen 6, 13 in y-Richtung, das heißt in eine Richtung, die senkrecht ist zu der Richtung der Primärbewegung der Primärmassen 3, 12. Die erste und die zweite Primärmasse 3, 12 werden
vorzugsweise zu gegenphasigen Schwingungen in x-Richtung angeregt. Somit werden die beiden Sekundärmassen 6, 13 zu gegenphasigen Schwingungen in y-Richtung angeregt.
Figur 6 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel des MEMS- Drehratensensors 1. Gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der ersten Primärmasse 3 um einen
Torsionsschwinger. Dieser ist über eine Primärfeder 4 mit dem Grundkörper verbunden. Die Primärfeder 4 ist in z-Richtung flächig. Die erste Primärmasse 3 kann zu einer Primärbewegung angeregt werden, bei der sie eine Torsionsschwingung um die z-Achse ausführt. Sie schwingt dementsprechend in der x-y- Ebene.
Der MEMS-Drehratensensor 1 weist ein Antriebselement 5 auf, das die erste Primärmasse 3 zu der Primärbewegung anregen kann. Das Antriebselement 5 weist Kondensatoren mit einander überlappende Finger auf, die abwechselnd am Grundkörper und an der ersten Primärmasse 3 ausgebildet sind und die jeweils Anregungselektroden aufweisen. Wird nunmehr an die
Anregungselektroden eine Wechselspannung angelegt, so wird die Primärmasse zu der Primärbewegung angeregt, d.h. zu einer Torsionsschwingung in der x-y-Ebene.
Die erste Primärmasse 3 weist vier Arme und einen
ringförmigen Körper auf, wobei die Arme von dem ringförmigen Körper nach innen verlaufen. Die Arme sind mit der
Primärfeder 4 verbunden.
Ferner ist eine ringförmige erste Sekundärmasse 6 vorgesehen, die mit der Primärmasse 3 über eine Aufhängung 7 verbunden ist. Bei der Aufhängung 7 handelt es sich um Sekundärfedern, die in x-Richtung und in y-Richtung flächig ausgeführt sind und die in z-Richtung eine geringere Ausdehnung aufweisen. Diese sind zur Übertragung der Primärbewegung, das heißt der Torsionsschwingung, auf die erste Sekundärmasse 6 ausgelegt. Zusätzlich erlauben sie eine Verkippung der ersten
Sekundärmasse 6 in z-Richtung relativ zur ersten Primärmasse 3. Dementsprechend kann die erste Sekundärmasse 6 eine
Schwingung in z-Richtung relativ zur ersten Primärmasse 3 als Sekundärbewegung ausführen.
Der Sensor 1 ist zur Messung von Drehraten um die y-Achse ausgelegt. Wird die erste Primärmasse 3 zu der oben
beschriebenen Primärbewegung angeregt, die auf die erste Sekundärmasse 6 übertragen wird, und wird der Sensor 1 um die y-Achse gedreht, so wird die erste Sekundärmasse 6 durch die Corioliskraft zu einer Sekundärbewegung angeregt, d.h. zu einer Schwingung in z-Richtung. Der MEMS-Drehratensensor 1 weist entsprechende
magnetfelderzeugende Elemente 9, 11 und magnetsensitive
Elemente 8, 10 auf, die es wie in den vorherigen
Ausführungsbeispielen ermöglichen, die Primärbewegung der ersten Primärmasse 3 und die Sekundärbewegung der ersten Sekundärmasse 6 zu vermessen. Die magnetsensitiven Elemente 8, 10 sind auf dem Grundkörper angeordnet. Die
magnetfelderzeugenden Elemente 9, 11 sind auf der ersten Primärmasse 3 und auf der ersten Sekundärmasse 6 angeordnet.
Figur 7 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel des MEMS- Drehratensensors 1. Auch hier ist die erste Primärmasse 3 als Torsionsschwinger ausgestaltet.
Der MEMS-Drehratensensor 1 gemäß dem siebten
Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem sechsten
Ausführungsbeispiel dadurch, der MEMS-Drehratensensor 1 vier Sekundärmassen 6, 13, 6 13 λ aufweist, die jeweils über eine Aufhängung 7 mit der ersten Primärmasse 3 gekoppelt sind. Die Aufhängung 7 weist lediglich in z-Richtung eine wesentliche Ausdehnung auf. In die anderen Raumrichtungen ist die
Aufhängung 7 als langer, dünner Steg ausgebildet. Zwei
Sekundärmasse 6, 6λ sind dabei derart mit der ersten
Primärmasse 3 über die Sekundärfedern verbunden, dass sie eine Schwingung in z-Richtung relativ zu der ersten
Primärmasse 3 als Sekundärbewegung ausführen kann. Wie im sechsten Ausführungsbeispiel kann durch eine Vermessung dieser Sekundärbewegung eine Drehrate um die y-Achse bestimmt werden.
Ferner sind die zwei weitere Sekundärmasse 13, 13 λ derart mit der ersten Primärmasse 3 über die Sekundärfedern verbunden, dass sie eine Schwingung in y-Richtung relativ zu der ersten Primärmasse3 als Sekundärbewegung ausführen kann. Durch eine Vermessung dieser Sekundärbewegung kann eine Drehrate um die x-Achse bestimmt werden. Dementsprechend ermöglicht es der MEMS-Drehratensensor 1 gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel Drehraten um zwei Achsen zu messen.
Auf jeder der vier Sekundärmassen 6, 6 13, 13 λ und auf der ersten Primärmasse 3 ist jeweils zumindest ein
magnetfelderzeugendes Element 9, 11 angeordnet. Ferner sind auf dem Grundkörper magnetsensitive Elemente 8, 10
angeordnet, die die Feldrichtung und/oder die Feldstärke der von den magnetfelderzeugenden Elementen 9, 11 erzeugten
Feldern vermessen und daraus die Sekundärbewegungen und die Primärbewegung bestimmen.
Figur 8 zeigt ein achtes Ausführungsbeispiel des Sensors 1. Gemäß dem achten Ausführungsbeispiel weist der Sensor 1 vier Sekundärmassen 6, 6 13, 13 λ auf, die paarweise gegenphasig schwingen und zur Detektion von Drehraten um die x-Achse und die y-Achse geeignet sind. Die Aufhängung 7 ist hier als Federbalken ausgeführt, wobei die Federbalken durch eine in z-Richtung wirkende Kraft auslenkbar sind. Gegenüber Kräften in der x- oder der y-Richtung sind die Federbalken dagegen steif und agieren im Wesentlichen steif.
Die Figuren 9A, 9B und 9C zeigen den Drehratensensor 1 gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel. Figur 9A zeigt den Sensor in einer Draufsicht. Figur 9B und Figur 9C zeigen jeweils einen Teil des Sensors jeweils in einem Querschnitt. Figur 9A zeigt dabei den Sensor in einem unausgelenkten Zustand. Figur 9C zeigt den Sensor im ausgelenkten Zustand. Bei dem Sensor 1 handelt es sich um eine einachsige
Rotationsgyrostruktur . Der Sensor 1 weist eine erste
Primärmasse 3 und dazu beweglich aufgehängte Sekundärmassen 6, 13 auf. Die erste Primärmasse 3 kann durch ein
Antriebselement 5 zu einer Primärbewegung angeregt werden, bei der er sich um eine Torsionsschwingung in x-y-Ebene handelt. Die Aufhängung 7 der Sekundärmassen 6, 13 erlaubt diesen eine Schwingung in z-Richtung als Sekundärbewegung auszuführen. Auf diese Weise können Drehraten bestimmt werden.
Magnetsensitive Elemente 10, 15 sind in einem Deckel 19 des Sensors angeordnet. Magnetfelderzeugende Elemente 11, 14 sind auf den Sekundärmassen 6, 13 angeordnet.
Figur 10 zeigt ein zehntes Ausführungsbeispiel, das sich von dem neunten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass weitere Sekundärmassen 6 13 λ vorgesehen sind. Die
Sekundärmassen 6, 6, 13, 13 λ sind dabei derart aufgehängt, dass zumindest eine Sekundärmasse eine Schwingung in eine erste Richtung als Sekundärbewegung ausführt und zumindest eine andere Sekundärmasse eine Schwingung in eine dazu senkrechte zweite Richtung als Sekundärbewegung ausführt. Auf diese Weise können Drehraten um mehrere Achsen mit dem Sensor
I gleichzeitig bestimmt werden. Magnetfelderzeugende Elemente
II und magnetsensitive Elemente 10 sind wie im neunten
Ausführungsbeispiel auf den Sekundärmassen 6, 6 13, 13 λ beziehungsweise an dem Deckel 19 des Sensors 1 vorgesehen. Figur 11 zeigt einen Querschnitt durch einen Sensor 1, bei dem ein magnetfelderzeugendes Element 9 auf einer beweglichen Masse 20 und ein magnetsensitives Element 8 an einer
Innenseite eines Deckels 19 vorgesehen sind. Ein Anschlag 21 ist dazu ausgestaltet, die Bewegung der beweglichen Masse 20 zu begrenzen. Bei der beweglichen Masse 20 kann es sich beispielsweise um eine Primärmasse oder eine Sekundärmasse handeln .
Bezugs zeichenliste
1 MEMS-Drehratensensor
2 Grundkörper
3 erste Primärmasse
4 Primärfeder
5 Antriebselement
5 λ weiteres Antriebselement
6, 6 λ erste Sekundärmasse
7 Aufhängung
8 erste magnetsensitive Element
8 λ weitere erste magnetsensitive Element
9 erste magnetfelderzeugende Element
9 λ weitere erste magnetfelderzeugende Element
10 zweite magnetsensitive Element
10 λ weitere zweite magnetsensitive Element
11 zweites magnetfelderzeugenden Element
11 λ weitere zweite magnetfelderzeugende Element
12 zweite Primärmasse
13, 13λ zweite Sekundärmasse
14 dritte magnetfelderzeugende Element
15 dritte magnetsensitive Element
16 vierte magnetfelderzeugende Element
17 vierte magnetsensitive Element
18 Koppelungsfeder
19 Deckel
20 Masse
21 Anschlag

Claims

MEMS-Drehratensensor (1), aufweisend:
- einen Grundkörper (2),
- eine erste Primärmasse (3) , die dazu ausgestaltet ist, eine Primärschwingung relativ zu dem Grundkörper (2) auszuführen,
- eine erste Sekundärmasse (6), die mit der ersten
Primärmasse (3) derart über eine Aufhängung (7)
verbunden ist, dass die Primärbewegung der ersten
Primärmasse (3) eine Primärbewegung der ersten
Sekundärmasse (6) anregt und eine Sekundärbewegung der ersten Sekundärmasse (6) relativ zu der ersten
Primärmasse (3) zugelassen wird,
- ein erstes magnetfelderzeugendes Element (9) und ein erstes magnetsensitives Element (8), von denen eines auf dem Grundkörper (2) angeordnet ist und eines auf der ersten Primärmasse (3) angeordnet ist, wobei das erste magnetsensitive Element (8) zur Bestimmung der
Primärbewegung der ersten Primärmasse (3) relativ zu dem Grundkörper (2) ausgestaltet ist, und
- ein zweites magnetfelderzeugendes Element (11) und ein zweites magnetsensitives Element (10), von denen eines auf dem Grundkörper (2) oder der ersten Primärmasse (3) angeordnet ist und eines auf der ersten Sekundärmasse (6) angeordnet ist, wobei das zweite magnetsensitive Element (10) zur Bestimmung der Sekundärbewegung der ersten Sekundärmasse (6) relativ zu der ersten
Primärmasse (3) oder relativ zu dem Grundkörper (2) ausgestaltet ist.
MEMS-Drehratensensor (1) gemäß Anspruch 1,
ferner aufweisend - eine zweite Primärmasse (12), die dazu ausgestaltet ist, eine Primärschwingung relativ zu dem Grundkörper (2) auszuführen, und
- eine zweite Sekundärmasse (13), die mit der zweiten Primärmasse (12) derart über eine weitere Aufhängung (7) verbunden ist, dass die Primärschwingung der zweiten Primärmasse (12) eine Primärbewegung der zweiten
Sekundärmasse (13) anregt und eine Sekundärbewegung der zweiten Sekundärmasse (13) relativ zu der zweiten
Primärmasse (12) zugelassen wird,
- ein drittes magnetfelderzeugendes Element (14) und ein drittes magnetsensitives Element (15), von denen eines auf dem Grundkörper (2) angeordnet ist und eines auf der zweiten Primärmasse (12) angeordnet ist, wobei das dritte magnetsensitive Element (15) zur Bestimmung der Primärbewegung der zweiten Primärmasse (12) relativ zu dem Grundkörper (2) ausgestaltet ist, und
- ein viertes magnetfelderzeugendes Element (16) und ein viertes magnetsensitives Element (17), von denen eines auf dem Grundkörper (2) oder der zweiten Primärmasse (12) angeordnet ist und eines auf der zweiten
Sekundärmasse (13) angeordnet ist, wobei das vierte magnetsensitive Element (17) zur Bestimmung der
Sekundärbewegung der zweiten Sekundärmasse (13) relativ zu der zweiten Primärmasse (12) ausgestaltet ist.
MEMS-Drehratensensor (1) gemäß Anspruch 2,
wobei die zweite Primärmasse (12) dazu ausgelegt ist, eine Primärschwingung relativ zu dem Grundkörper (2) auszuführen, die gegenphasig zu der Primärschwingung der ersten Primärmasse ist. MEMS-Drehratensensor (1) gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3,
wobei die erste Primärmasse (3) und die zweite
Primärmasse (12) über Kopplungsfedern (18) miteinander verbunden sind.
MEMS-Drehratensensor (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4,
wobei die erste Sekundärmasse (6) und die zweite
Sekundärmasse (13) über Kopplungsfedern (18) miteinander verbunden sind.
MEMS-Drehratensensor (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei es sich bei der ersten Primärmasse (3) um einen Torsionsschwinger handelt und wobei es sich bei der Primärbewegung der ersten Primärmasse (3) um eine
Torsionsschwingung handelt.
MEMS-Drehratensensor (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Primärbewegung der ersten Sekundärmasse (6) in die gleiche Richtung erfolgt wie die Primärbewegung der ersten Primärmasse (3) .
MEMS-Drehratensensor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei die Primärbewegung der ersten Sekundärmasse (6) senkrecht zur Primärbewegung der ersten Primärmasse (3) erfolgt .
MEMS-Drehratensensor (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste magnetsensitive Element (8) und/oder das zweite magnetsensitive Element (10) außerhalb einer Ebene angeordnet ist, in der sich die erste Primärmasse (3) in einem unausgelenkten Zustand erstreckt.
10. MEMS-Drehratensensor (1) gemäß einem der vorherigen
Ansprüche,
wobei das dritte magnetsensitive Element (15) und/oder das vierte magnetsensitive Element (17) außerhalb einer Ebene angeordnet ist, in der sich die erste
Sekundärmasse (6) in einem unausgelenkten Zustand erstreckt .
11. MEMS-Drehratensensor (1) gemäß einem der vorherigen
Ansprüche,
wobei der Grundkörper (2) einen Deckel (19) und ein Substrat aufweist, wobei die erste Primärmasse (3) und die erste Sekundärmasse (6) zwischen dem Deckel (19) und dem Substrat eingekapselt sind,
wobei zumindest ein magnetsensitives Element (8, 10, 15, 17) an einer Innenseite des Deckels (19) angeordnet ist.
12. MEMS-Drehratensensor (1) gemäß einem der vorherigen
Ansprüche,
aufweisend weitere magnetsensitive Elemente und
magnetfelderzeugende Elemente, wobei der MEMS- Drehratensensor (1) eine Messung von Drehraten um mehrere Achsen ermöglicht.
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