CN1530632A

CN1530632A - 旋转回转仪

Info

Publication number: CN1530632A
Application number: CNA2004100326661A
Authority: CN
Inventors: ֣��ϲ; 郑喜文; 宋仁燮; 姜锡镇
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2004-03-08
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2024-03-08
Also published as: CN100340841C; KR100503472B1; KR20040079165A; US7043987B2; JP2004271526A; US20040231418A1; EP1455162A1

Abstract

一种旋转回转仪，包括基板、中间构件和盖子。中间构件包括：受驱元件，与基板间隔开地被支承并悬置于基板上方，所述受驱元件由从该受驱元件沿径向延伸的驱动支承体支承，并执行关于垂直于其中心平面的第一轴线的振荡运动；驱动电极，驱动受驱元件以执行关于第一轴线的振荡运动；和感测元件，置于该受驱元件中并且通过感测连接器与受驱元件相连接以和受驱元件一起振荡，当从第二轴线输入角速度时，由于地球自转偏向力的存在，该感测元件同时执行相对于第三轴线的感测运动，该第三轴线垂直于第一轴线和任一平行于中心平面的第二轴线。所述盖子罩住中间构件，并且具有设置在相应于感测电极的位置、与之间隔开以探测感测元件的感测运动的感测电极。

Description

旋转回转仪

技术领域

本发明涉及一种利用以规则角度移动的物体的旋转式共振运动来检测角速度的回转仪。具体地说，本发明涉及一种能够感测与一个平面中的多个轴线相应的多个角速度的旋转回转仪。

背景技术

通常，回转仪通过将由于地球自转偏向力(Coriolis force)造成的物***移转变为电容量的变化以检测旋转角速度，基于以下原理，即当以第一轴线的方向振荡或者旋转的物体被从垂直于第一轴线的第二轴线的方向施加以恒定角速度旋转的力时，地球自转偏向力以同时垂直于第一轴线和第二轴线的第三轴线方向作用到物体上。

如此的回转仪通常作为轮船和飞机中的精确导航的核心部分使用。最近，微电子机械***(MEMS)技术的发展使将回转仪应用于汽车导航装置和作为高性能摄像机的手抖动补偿装置成为可能。

尽管有传统的微型回转仪能够测量垂直于它的中心平面的输入角速度且易于制作和驱动，但这些传统的微型回转仪具有的缺点在于它们不能探测平面上多于两个轴线的角速度。

更具体地说，如果微型回转仪可以用来感测多个轴线的角速度，如感测物体和驱动物体的元件应当垂直配置。这样的配置需要用于垂直配置这些元件的额外的组装过程，这同时增加微型回转仪的尺寸。

在解决这些问题的尝试中，已经提出能够感测一个平面上多个轴线的角速度的其它传统微型回转仪。然而，这些其它传统微型回转仪又呈现出一些变化的问题。比如，这些传统微型回转仪可能存在以下一个或者多个问题：由于包括驱动物体的驱动单元和包括感测物体的感测单元的运动的耦合造成驱动和感测频率的匹配困难，感测物体或发送单元和感测电极之间的粘连，由于弱浮力造成的性能退化，感测运动减慢，感测模式变形或者相对复杂的制作过程。

发明内容

因此，在解决至少上述问题中的一些问题的尝试中，本发明的实施例的特点是提供一种能够感测一个平面中的多个轴线的角速度的旋转回转仪，其中，受驱单元或者元件的运动去耦，而感测单元或者元件的运动耦合，这样地球自转偏向力能够额外地作用于感测元件上来增强其感测性能，其中，受驱元件置于感测元件周围以形成阻挡感测模式变形的结构。

本发明的实施例的另一特点是提供一种旋转回转仪，其具有圆形感测电极来解决受驱元件的运动影响感测元件的运动的耦合问题。

本发明的实施例的又一特点是提供一种旋转回转仪，其具有形成于盖子中的感测电极来解决感测元件和感测电极必须彼此分开制作的问题，以及感测元件和感测电极彼此粘连的问题。

为了实现本发明的上述以及其他特点，旋转回转仪包括基板、中间构件和盖子。中间构件包括：以与基板间隔开的方式被支承并悬置于基板上方的受驱元件，所述受驱元件由从该受驱元件沿径向延伸的驱动支承体支承，所述受驱元件执行关于第一轴线的振荡运动，其中第一轴线垂直于其中心平面；驱动电极，该驱动电极驱动受驱元件以执行关于第一轴线的振荡运动；和感测元件，该感测元件置于该受驱元件中并且通过感测连接器与受驱元件相连接，以便和受驱元件一起振荡，当从第二轴线输入角速度时，由于地球自转偏向力的存在，该感测元件同时执行相对于第三轴线的感测运动，该第三轴线垂直于第一轴线和任一平行于中心平面的第二轴线。回转仪的盖子罩住中间构件，并且具有设置在相应于感测电极的位置、与之间隔开以探测感测元件的感测运动的感测电极。

在根据本发明的一个优选实施例中，受驱元件包括置于与基板隔开以悬浮于该基板上的圆形边框和围绕圆形边框沿径向伸出的多个受驱臂部分。多个受驱臂部分的每一个可以包括多个受驱臂以及多个可移动受驱梳部分，每个可移动受驱梳部分具有多个可移动受驱梳，所述可移动受驱梳在相应受驱臂部分的受驱臂的两侧面中的一个处、在受驱臂部分的单元中的圆周上以两个不同的方向交替形成。

驱动电极可以包括置于受驱元件周围的驱动电极垫部分和多个固定驱动梳部分，多个固定驱动梳部分在驱动电极垫部分处沿着圆周方向形成以与相应的可移动受驱梳部分相对设置并与之隔开。

优选的是，驱动电极垫部分包括以预定角度彼此间隔设置来划分受驱元件的圆周的四个驱动电极垫，其中，多个固定驱动梳部分包括四个固定驱动梳部分，每一个固定驱动梳部分具有多个固定驱动梳，所述多个固定驱动梳在各驱动电极垫处、在驱动电极垫的单元中的圆周上以两个不同的方向交替形成，从而与相应的可移动受驱梳部分的可移动受驱梳相对设置，并与之隔开。

中间构件可以进一步包括控制受驱元件的振荡运动的驱动感测部分。驱动感测部分可以包括：围绕受驱元件的驱动感测电极垫部分；多个可移动驱动感测梳部分，形成在驱动支承体的支承臂以及至少一个围绕受驱元件关于驱动感测电极垫部分布置的感测臂上；多个固定驱动感测梳部分，形成于驱动感测电极垫部分上，以与各可移动驱动感测梳部分相对设置并与之隔开。

优选地，驱动感测电极垫部分包括两个驱动感测电极垫，所述驱动感测电极垫以预定角度彼此间隔设置以划分受驱元件的圆周，并且所述驱动感测电极垫设置在以预定角度彼此间隔以划分受驱元件的圆周的四个驱动电极垫之间，并且其中多个固定驱动感测梳部分包括两个固定驱动梳部分，每一个具有在相应驱动感测电极垫上以同一方向形成在圆周处的多个固定驱动梳。

此外，中间构件可以进一步包括与盖子结合并包围受驱元件、驱动电极和驱动支承体的***支承件。

***支承件、基板、中间构件和盖子每一个都具有矩形外形。

驱动支承体可以包括围绕受驱元件径向伸出的多个支承臂和多个驱动弹簧，所述多个驱动弹簧在多个支承臂与***支承件和支承在基板上的固定支承端中的一个之间互连以允许受驱元件执行关于第一轴线的振荡运动。在这种情况下，优选的驱动支承体包括设置在***支承件对角附近的四个驱动支承体。

感测元件可以包括在其中心形成有圆孔的圆盘。中间构件可以进一步包括设置在该圆孔中与之间隔以连接基板和盖子的固定部分。

感测连接器可以包括两个连接感测元件和受驱元件的感测弹簧。每个感测弹簧的结构可以从具有预定长度和矩形横截面的梁构成的组中选择，两个梁以上且每个梁具有预定长度和矩形横截面的梁结构由至少一个连接件连接。

感测电极可以包括两个固定感测电极部分，其分别以半圆形相对传感元件形成在盖子的一部分上，以在这两者之间相对于感测弹簧所在的轴线划分所述盖子的部分。

每个固定感测电极部分可以包括具有预定宽度的电极导线，沿着盖子的内表面设置以与设置在中间构件上的相应固定感测电极垫相连。

盖子可以包括多个孔，这些孔穿过盖子，在盖子上相应于驱动电极垫、驱动感测电极垫、固定感测电极垫的位置形成，以允许导线从外部向那里连接，所述驱动电极垫构成驱动电极，所述驱动感测电极垫设置在中间构件上以构成驱动感测部分，所述固定感测电极垫设置在中间构件上以与感测电极相连。

旋转回转仪可以进一步包括设置在基板和中间构件之间的绝缘体，以使感测元件和受驱元件悬置在基板上方并与之隔开，同时来支承和绝缘固定支承端，该固定支承端用来在基板上和从基板开始至少支承驱动电极、***支承件以及驱动支承体。

优选地，基板、绝缘体、中间构件每个都以SOI晶片形成，盖子以玻璃晶片形成。

在旋转回转仪中，受驱元件、受驱臂部分、驱动支承体和感测元件每个包括以预定图案形成的多个孔来减少其重量，从而有利于其运动和对绝缘体的蚀刻。

可选地，基板和绝缘体可由玻璃晶片形成，中间构件可由硅晶片形成，盖子可由玻璃晶片形成。

附图说明

对于本领域的普通技术人员来说，本发明的上述以及其他特点和优点将结合附图通过对它的优选实施例的详细说明变得更直观，其中：

图1A和1B表示根据本发明的一个优选实施例的旋转回转仪的分解透视图和局部剖开的透视图；

图2A和2B表示图1A和1B所示的旋转回转仪的中间构件的顶部平面图和透视图；

图3表示图2A和2B所示的中间构件的感测连接器的感测弹簧透视图；

图4表示图1A和1B所示的旋转回转仪的盖子内部的顶部平面图；

图5表示图1A和1B所示的旋转回转仪的中间构件的电连接的电路图；

图6A和6B表示受驱元件的振荡和感测元件的感测运动的特别是图2A和2B中所示的中间构件顶部平面图；

图7A和7B表示图1A和1B所示的旋转回转仪的盖子的感测电极的结构分析的原理图。

具体实施方式

将2003年3月6日申请的名称为“旋转回转仪”的韩国专利申请No.2003-14106的全部内容引入以供参考。

现在将在下文中参照显示本发明的优选实施例的附图对本发明进行更充分地描述。然而，本发明可以以不同的形式体现，而不应当理解为仅局限于在此提出的实施例。而是，提供这些实施例以便公开得彻底和全面，并且将发明的范围完全地传达给本领域的技术人员。附图标记的同一数字始终表示同一元件。

图1A和1B表示根据本发明的优选实施例的旋转回转仪10的分解透视图和局部剖开的透视图。

参照图1A和1B，旋转回转仪10包括基板1，置于基板1上的绝缘体2，中间构件3和盖子4。

中间构件3包括受驱元件33，该受驱元件由绝缘体2支承并与基板1隔开，由从那里径向伸出的驱动支承体34支承并悬置于基板1上。受驱元件通过关于垂直于它的中心平面的Z轴线旋转来执行振荡运动63，如图5和图6A所示。该中间构件还包括驱动该受驱元件33来完成关于Z轴线的振荡运动的驱动电极35和设置在受驱元件33中的感测元件31。该感测元件31具有两个末端，这两个末端都通过感测连接器32连接到受驱元件33上，因此感测元件31和受驱元件33一起振荡。同时，由于地球自转偏向力作用，当角速度(图5中的61)从X轴线方向输入时，感测元件31关于Y轴线执行感测运动62，如图6B所示，Y轴线垂直于Z轴线和比如是平行于该中心平面的X轴线的另一轴线。

盖子4罩住中间构件3并且包括感测电极(图4中的41)，该感测电极设置在相应于感测元件31的位置并从那里隔开以感测感测元件31的感测运动。

基板1，绝缘体2，中间构件3和盖子4每一个都具矩形的外形。

绝缘体2具有一个矩形内接收口21，以容纳进行振荡运动的受驱元件33和执行感测运动并悬浮在其中的感测元件31。

此外，参照图2A和2B，内接收口21形成于相应于可移动部件位于其中的中间构件3的区域。该中间构件3的可移动部件包括圆形边框33’；第一受驱臂部分33a，第二受驱臂部分33b，第三受驱臂部分33c，第四受驱臂部分33d；第一支承臂34a，第二支承臂34b，第三支承臂34c，第四支承臂34d；第一感测臂36c，第二感测臂36d；感测元件31的圆盘31a。以下将对可移动部件进行更详细地说明。

中间构件3还进一步包括固定元件部分。中间构件3的固定元件部分由绝缘体2物理支承并电绝缘。中间构件3的固定元件部分包括***支承件38；第一驱动电极垫35a，第二驱动电极垫35b，第三驱动电极垫35c，第四驱动电极垫35d；第一驱动感测电极垫36a，第二驱动感测电极垫36b；固定感测电极垫部分37，包括第一固定感测电极垫37a和第二固定感测电极垫37b；第一固定支承端34a”，第二固定支承端34b”，第三固定支承端34c”，第四固定支承端34d”。以下将对固定元件部分进行更详细地说明。

如图2A和2B所示，中间构件3的受驱元件33设置有悬浮于基板1上方并与基板1隔开的圆形边框33’。第一受驱臂部分33a、第二受驱臂部分33b、第三受驱臂部分33c、第四受驱臂部分33d以预定角度间隔，如90°的间隔从圆形边框33’周围径向伸出。

第一受驱臂部分33a包括第一受驱臂33aa，第二受驱臂33ab和第三受驱臂33ac。第二受驱臂部分33b包括第一受驱臂33ba，第二受驱臂33bb和第三受驱臂33bc。第三受驱臂部分33c包括第一受驱臂33ca，第二受驱臂33cb和第三受驱臂33cc。第四受驱臂部分33d包括第一受驱臂33da，第二受驱臂33db和第三受驱臂33dc。

此外，第一、第二、第三、第四受驱臂部分33a、33b、33c、33d分别各自地具有第一可移动受驱梳状部33a’，第二可移动受驱梳状部33b’，第三可移动受驱梳状部33c’，第四可移动受驱梳状部33d’。每一个第一、第二、第三、第四可移动受驱梳状部33a’、33b’、33c’、33d’分别具有三个可移动受驱梳。第一可移动受驱梳状部33a’具有可移动受驱梳33aa’、33ab’、33ac’。第二可移动受驱梳状部33b’具有可移动受驱梳33ba’、33bb’、33bc’。第三可移动受驱梳状部33c’具有可移动受驱梳33ca’、33cb’、33cc’，第四可移动受驱梳状部33d’具有可移动受驱梳33da’、33db’、33dc’。在相应的受驱臂部分33a、33b、33c、33d的相应的第一、第二、第三受驱臂33aa、33ab、33ac、33ba、33bb、33bc、33ca、33cb、33cc、33da、33db、33dc的两个侧面中的一个上，可移动受驱梳状部沿着两个不同方向在受驱臂部分的单元中的圆周处交替形成。

驱动支承体34的第一、第二、第三和第四支承臂34a、34b、34c、34d在圆形边框33’周围形成。第五、第六、第七和第八可移动受驱梳状部33e、33f、33g、33h在第一、第二、第三和第四支承臂34a、34b、34c、34d中的第二、第三支承臂34b、34c的两个表面上形成。

驱动电极35设置有第一驱动电极垫35a，第二驱动电极垫35b，第三驱动电极垫35c和第四驱动电极垫35d，它们彼此以预定角度间隔，如90°的间隔设置，以划分受驱元件33的圆形边框33’的圆周。驱动电极35此外配备有分别形成于第一、第二、第三和第四驱动电极垫35a、35b、35c、35d上的第一固定驱动梳状部35a’、第二固定驱动梳状部35b’、第三固定驱动梳状部35c’、第四固定驱动梳状部35d’，并且分别地与第一、第二、第三、第四可移动受驱梳状部33a’、33b’、33c’、33d’相对设置并分别与之隔开。

如图5所示，第一和第二驱动电极垫35a、35b与第一驱动直流电源51a和第一驱动交流电源52a通过贯穿盖子4的孔(图4中的43)连接的导线相连。第三和第四驱动电极垫35c、35d与第二驱动直流电源51b和第二驱动交流电源52b相连。

第一、第二驱动直流电源51a、51b和第一、第二驱动交流电源52a、52b以本领域已知的方式配置在其上安装有驱动控制电路70的基片(未显示)上，并且由驱动控制电路70控制。

再参照图2A和2B，第一、第二、第三、第四固定驱动梳状部35a’、35b’、35c’、35d’的每一个分别包括四个梳：35aa’、35ab’、35ac’、35ad’；35ba’、35bb’、35bc’、35bd’；35ca’、35cb’、35cc’、35cd’或者35da’、33db’、35dc’、35dd’，分别与相应可移动受驱梳状部33a’、33b’、33c’、33d’的三个可移动受驱梳33aa’、33ab’、33ac’；33ba’、33bb’、33bc’；33ca’、33cb’、33cc’或者33da’、33db’、33dc’相对设置并与第二和第三支承臂34b、34c的第五、第六、第七、第八可移动受驱梳状部33e、33f、33g、33h中的一个相间隔开。

因此，由于使用电源，静电力在各第一、第二、第三、第四可移动受驱梳状部33a’、33b’、33c’、33d’和各第一、第二、第三、第四固定驱动梳状部35a’、35b’、35c’、35d’之间通过第一和第二直流电源51a、51b产生。第一和第二交流电源52a、52b使驱动支承体34的各自的第一、第二、第三、第四驱动弹簧34a’、34b’、34c’、34d’弹性变形，因此，受驱元件33通过以规则角度相对于Z轴线旋转执行振荡运动63，如图5和图6A所示。

为了控制受驱元件33的运动，中间构件3进一步包括驱动感测部分36。

驱动感测部分36包括第一驱动感测电极垫36a和第二驱动感测电极垫36b，它们以预定角度彼此隔开，在第一、第二、第三、第四驱动电极垫35a、35b、35c、35d中的所述两个驱动感测电极垫36a和36b之间划分圆形边框33’的圆周，所述第一、第二、第三、第四驱动电极垫35a、35b、35c、35d以预定角度彼此隔开，从而在所述四个驱动电极垫35a、35b、35c、35d之间划分圆形边框33’的圆周。驱动感测部分36还分别包括：第一和第四可移动驱动感测梳状部34a、34d，形成于第一和第四支承臂34a、34d的一侧表面；第二和第三可移动驱动感测梳状部36c’，36d’，在第一和第四支承臂34a、34d附近、围绕圆形边框33’在第一和第二感测臂36c、36d的一侧表面形成。驱动感测部分36进一步包括分别形成于第一、第二驱动感测电极垫36a、36b上的第一、第二固定驱动感测梳状部36aa、36ab和第三、第四固定驱动感测梳状部36ba、36bb，以相对于第一、第二可移动驱动感测梳状部34a、36c’和第三、第四可移动驱动感测梳状部36d’、34d设置并与之隔开。

如图5所示，第一、第二驱动感测电极垫36a、36b与驱动控制电路70相连。

驱动控制电路70感测第一、第二可移动驱动感测梳状部34a、36c’和第一、第二固定驱动感测梳状部36aa、36ab之间产生的电容的变化，感测第三、第四可移动驱动感测梳状部36d’、34d与第三、第四固定驱动感测梳状部36ba、36bb之间产生的电容变化。此外，驱动控制电路70调节施加于第一、第二、第三、第四驱动电极垫35a、35b、35c、35d的电压以控制受驱元件33的振荡运动。

再参照图2A和2B，中间构件3进一步包括与盖子4结合并包围受驱元件33、驱动电极35及驱动支承体34的***支承件38。***支承件38具有矩形外形。

如上所述，驱动支承体34配备有分别从圆形边框33’周围径向伸出的第一、第二、第三、第四支承臂34a、34b、34c、34d。此外，驱动支承体34配备有第一、第四驱动弹簧34a’、34d’以及第二、第三驱动弹簧34b’、34c’，其分别将第一、第四支承臂34a、34d和第二、第三支承臂34b、34c连接到被支承在绝缘体2上的第一、第二固定支承端34a”、34d”、以及连接于***支承件38的第三、第四固定支承端34b”、34c”上，以允许受驱元件33的圆形边框33’相对于轴线Z振荡运动。

***支承件38与在中间构件3的圆形边框33’周围的第二、第三驱动弹簧34b’、34c’之间设置有固定感测电极垫部分37的第一、第二固定感测电极垫37a、37b，所述第一、第二固定感测电极垫37a、37b在当盖子4与***支承件38结合时与下面将描述的第一、第二电极导线(图4中的42a、42b)连接。

如图5所示，由感测直流电源53提供直流电压的第一、第二固定感测电极垫37a、37b连接到感测电路80上，该感测电路80检测第一、第二固定感测电极部分(图4中的41a，41b)的电容，作为电压信号来感测角速度，所述电容随着下面将详细说明的感测元件31的感测运动(图6B中的62)而变化。

再参照图2A、2B，感测元件31包括具有在其中心形成的圆孔31b的圆盘31a。

如图1B所示，与之隔开置于圆孔31b中的是在绝缘体2的第一支承体22和盖子4的第二支承体44之间互连来固定和支承盖子4的固定部分39。

如图2A中可看到的，感测连接器32包括将圆盘31a的两端和受驱元件33的圆形边框33’连接起来的第一和第二感测弹簧32a、32b。

第一和第二感测弹簧32a、32b中的每一个可以由具有预定长度和矩形横截面的梁形成，或者由梁结构形成，即如图3中所示各具有预定长度和矩形横截面的两个梁32a’通过多个连接件32b’相连。

因此，当受驱元件33正执行以预定角度关于Z轴线旋转的振荡(图6A和6B中的63)时，当输入的角速度(图5中的61)从任意轴线，比如平行于中间构件3的中心平面的X轴线，施加于感测元件31时，感测元件31由于地球自转偏向力执行围绕垂直于Z轴线和X轴线的Y轴线旋转的感测运动62，如图6B所示。

感测元件31的感测运动62导致感测电极41的第一、第二固定感测电极部分41a、41b的电容变化，以下将对其进行描述。感测电路80探测该电容变化作为电压信号来计算角速度。

图4表示盖子4的内部。

如图4所示，位于该盖子4中的感测电极41由第一、第二固定感测电极部分41a、41b构成，第一、第二固定感测电极部分41a、41b，分别以半圆形形成于盖子4的一部分上，盖子4的所述部分与在第一和第二感测弹簧32a、32b之间、关于第一和第二感测弹簧32a、32b被划分开的感测元件31的圆盘31a相对应。

感测元件31耦合以允许它的运动受受驱元件33运动的影响，所以当感测电极41以圆形形成时，受驱元件33的运动是感测元件31运动的几百至几千倍，受驱元件33的运动造成的影响可以被消除。

为了校验分析，由感测元件31的运动引起的感测电极41的电容C根据下面的数学公式1计算，并基于感测元件31和感测电极41以圆形构成的假定，如图7A、7B所示。结果是，当感测电极41的外径r1和内径r2分别为500μm和0μm时，受驱元件33的旋转角为0.5°，感测元件31的旋转角θ为0.5°，计算出电容C与当感测元件31没有运动时相比变化了0.003％。

C = ϵ {&Integral;}_{φ_{1}}^{φ_{2}} \frac{1}{\sin θ \cos φ} {(r_{1} - r_{2}) - \frac{g_{0}}{\sin θ \cos φ} in [\frac{g_{0} + r_{2} \sin θ \cos φ}{g_{0} + r_{1} \sin θ \cos φ}]} dφ

其中，ε是介电常数，₁和₂是其中有感测运动的有效感测电极41的最大角度和最小角度，θ是由地球自转偏向力造成的感测元件31的旋转角度，r1、r2是感测电极41的外径和内径，g₀是感测元件31和感测电极41之间的初始间隙。

因此，可以发现本发明的感测电极的形状几乎不受受驱元件33振荡运动的影响。

在图7A中，r₀、r和Δh₀、Δh_分别表示当感测元件31由于地球自转偏向力作用从初始位置旋转一个角度θ的时候，以及当感测元件31从由受驱元件33作用转过角度的位置开始在地球自转偏向力的作用下再转过角度γ的时候的感测元件31的半径和旋转高度，g表示当感测元件31从由受驱元件33作用转过角度的位置开始在地球自转偏向力的作用下转过角度γ的时候的感测元件31和感测电极41之间的间隙。

此外，因为感测电极41形成在盖子4中以具有与圆盘31a隔开的预定间隙g₀，可以防止感测元件31和感测电极41必须彼此分开制作的问题以及感测元件31和感测电极41之间彼此粘合的问题。

可从图4中看到，第一、第二固定感测电极部分41a、41b各自配备有第一、第二电极导线42a、42b。第一、第二固定感测电极部分41a、41b中的每一个具有预定宽度并且沿着盖子4的内表面45放置，以便当盖子4与中间构件3结合时，与围绕圆形边框33’位于中间构件3上的第一、第二固定感测电极垫部分37的第一、第二固定感测电极垫37a或37b连接。

进一步，盖子4由多个孔43穿过，多个孔43形成于盖子4上的部分处，所述部分分别相应于第一、第二、第三、第四驱动电极垫35a、35b、35c、35d，第一、第二驱动感测电极垫36a、36b，第一、第二固定感测电极垫37a、37b定位，以允许导线从外部向那里连接。

此外，为了减少受驱元件33和感测元件31的重量，从而促进其运动，圆形边框33’，以及受驱元件33的受驱臂33aa、33ab、33ac、33ba、33bb、33bc、33ca、33cb、33cc、33da、33db、33dc，驱动支承体34的第一、第二、第三、第四支承臂34a、34b、34c、34d，第一、第二感测臂36c、36d和感测元件31的圆盘31a每个配备有以预定图案，如径向图案形成的多个蚀刻孔65。

除了减少受驱元件33和感测元件31的重量来在驱动回转仪10期间促进其运动，当在制造回转仪10的过程中形成绝缘体2的内接收口21时，蚀刻孔65还用来通过蚀刻气体协助蚀刻和去除绝缘体2的区域和通过蚀刻孔65暴露的***区域，即绝缘体2上的部分，在该部分上方定位有包括圆形边框33’的中间构件3的可移动部件，受驱臂33aa、33ab、33ac、33ba、33bb、33bc、33ca、33cb、33cc、33da、33db、33dc，第一、第二、第三、第四驱动支承臂34a、34b、34c、34d，第一、第二感测臂36c、36d，以及圆盘31a。

因此，绝缘体2的其他部分没有被蚀刻，而是保留下来，在所述绝缘体2的其他部分上方定位有不具有蚀刻孔65的中间构件3的固定元件部分，包括***支承件38，第一、第二、第三、第四驱动电极垫35a、35b、35c、35d，第一、第二驱动感测电极垫36a、36b，第一、第二固定感测电极垫37a、37b，第一、第二、第三和第四固定支承端34a”，34b”，34c”、34d”。

在此，应当注意在以上描述中，本发明的回转仪10图解并说明为基板1、绝缘体2、中间构件3和盖子4单独形成，但在实际制造中，它们可以通过以下方法制造：以硅-绝缘体(SOI)晶片形成基板1、绝缘体2、中间构件3，以玻璃晶片形成盖子4，然后将两个晶片彼此粘合，在该硅-绝缘体(SOI)晶片中，在其一个表面上形成有绝缘体的一个硅晶片与另一晶片粘合，或者通过以下方法：以玻璃晶片分别形成基板1和盖子4，以硅晶片形成中间构件3，然后将三个晶片彼此粘合。

关于这一点，在后一个方法中，基板1和绝缘体2以一个玻璃晶片形成。比如，不形成绝缘体2，仅在基板1的玻璃晶片中形成内部接收口来确保中间构件3的可移动部件悬浮于其中和/或其上。

现在将参照图1至图6B对如上的根据本发明的实施例构造的旋转回转仪10的操作进行说明。

首先，当电源由第一、第二直流电源51a、51b和第一、第二交流电源52a、52b分别施加到第一、第二、第三、第四驱动电极垫35a、35b、35c、35d上时，如图5和6A所示，驱动支承体34的第一、第二、第三、第四驱动弹簧34a’、34b’、34c’、34d’通过第一、第二、第三、第四可移动受驱梳状部33a’、33b’、33c’、33d’和第一、第二、第三、第四驱动梳状部35a’、35b’、35c’、35d’之间产生的静电力作用而发生弹性形变，因此，受驱元件33与感测元件31一起执行以预定角度，比如0.5°关于Z轴线旋转的振荡运动63。

此时，连接于第一、第二驱动感测电极垫36a、36b的驱动控制电路70感测第一、第二可移动驱动感测梳部分34a、36c’与第一、第二固定驱动感测梳部分36aa、36ab之间以及第三、第四可移动驱动感测梳部分36d’、34d与第三、第四固定驱动感测梳部分36ba、36bb之间产生的电容变化，分别调整施加到第一、第二、第三、第四驱动电极垫35a、35b、35c、35d上的电压来控制受驱元件33的振荡运动63。

这样，当受驱元件33执行以预定角度关于Z轴线旋转的振荡运动63时，如图5和6A所示，当输入的角速度61从任意一轴线，比如平行于中间构件3的中心平面的X轴线，施加到中间构件3上时，中间构件3的感测元件31和受驱元件33受到相对于垂直于Z轴线和X轴线的Y轴线旋转的地球自转偏向力作用。

此时，由驱动支承体34的四个驱动弹簧34a’、34b’、34c’、34d’所支承的受驱元件33固定而不相对Y轴线旋转。然而，由设置在Y轴线上的第一、第二感测弹簧32a、32b支承的感测元件31以预定角度，比如0.001°执行关于轴线Y的扭曲旋转的感测运动62。

感测元件31的感测运动62引起感测电极41的第一、第二固定感测电极部分41a、41b的电容变化。该电容变化作为电压信号由通过固定感测电极垫部分37的第一、第二固定感测电极垫37a、37b连接到第一、第二固定感测电极部分41a、41b的感测电路80探测，以计算角速度。

从在前的描述可以清楚，由于本发明的旋转回转仪这样构造，即受驱元件的运动去耦，并且感测元件的动作耦合，以允许地球自转偏向力另外作用于感测元件而由此增强感测性能，此外，受驱元件在感测元件周围设置来为感测模式的变形提供稳定结构。

进一步，在本发明的旋转回转仪中，感测电极优选地做成圆形，因此受驱元件的运动影响感测元件的运动的耦合问题可以解决。

此外，在本发明的旋转回转仪中，感测电极优选地形成于盖中，因此感测元件和感测电极必须彼此分开制造的问题、以及感测元件和感测电极必须彼此粘合的问题可以解决。

在此已经公开了本发明的优选实施例，虽然使用特定术语，使用它们并应当理解为只不过是普遍的和描述性的而不是限制性的。因此，本领域的技术人员可以理解，在不脱离本发明提出的权利要求的精神和范围内可以做多种修改。

Claims

1、一种旋转回转仪，包括：

基板；

中间构件，包括：

受驱元件，以与基板间隔开的方式被支承并悬置于基板上方，所述受驱元件由从该受驱元件沿径向延伸的驱动支承体支承，所述受驱元件执行关于第一轴线的振荡运动，所述第一轴线垂直于其中心平面；

驱动电极，该驱动电极驱动受驱元件以执行关于所述第一轴线的振荡运动；和

感测元件，该感测元件置于该受驱元件中并且通过感测连接器与受驱元件相连接，以便和受驱元件一起振荡，当从第二轴线输入角速度时，由于地球自转偏向力的存在，该感测元件同时执行相对于第三轴线的感测运动，该第三轴线垂直于第一轴线和任一平行于中心平面的第二轴线；和

盖子，罩住中间构件，并且具有设置在相应于感测电极的位置、与之间隔开以探测感测元件的感测运动的感测电极。

2、根据权利要求1所述的旋转回转仪，其中受驱元件包括：

与基板间隔开设置以悬浮于基板上方的圆形边框；和

从圆形边框周围径向伸出的多个受驱臂部分。

3、根据权利要求2所述的旋转回转仪，其中多个受驱臂部分中的每一个包括：

多个受驱臂；以及

多个可移动受驱梳部分，每个可移动受驱梳部分具有多个可移动受驱梳，所述可移动受驱梳在相应受驱臂部分的受驱臂的两侧面中的一个处、在受驱臂部分的单元中的圆周上以两个不同的方向交替形成。

4、根据权利要求3所述的旋转回转仪，其中驱动电极包括：

置于受驱元件周围的驱动电极垫部分；和

多个固定驱动梳部分，在驱动电极垫部分处沿着圆周方向形成以与相应的可移动受驱梳部分相对设置并与之隔开。

5、根据权利要求4所述的旋转回转仪，其中驱动电极垫部分包括：

以预定角度彼此间隔设置来划分受驱元件的圆周的四个驱动电极垫；

其中，所述多个固定驱动梳部分包括：

四个固定驱动梳部分，每一个具有多个固定驱动梳，所述多个固定驱动梳在各驱动电极垫处、在驱动电极垫的单元中的圆周上以两个不同的方向交替形成，从而与相应的可移动受驱梳部分的可移动受驱梳相对设置并与之隔开。

6、根据权利要求1所述的旋转回转仪，其中中间构件进一步包括控制受驱元件的振荡运动的驱动感测部分。

7、根据权利要求6所述的旋转回转仪，其中驱动感测部分包括：

围绕受驱元件的驱动感测电极垫部分；

多个可移动驱动感测梳部分，形成在驱动支承体的支承臂以及至少一个围绕受驱元件关于驱动感测电极垫部分布置的感测臂上；和

多个固定驱动感测梳部分，形成于驱动感测电极垫部分上，以与各可移动驱动感测梳部分相对设置并与之隔开。

8、根据权利要求7所述的旋转回转仪，其中驱动感测电极垫部分包括：

两个驱动感测电极垫，所述驱动感测电极垫以预定角度彼此间隔设置以划分受驱元件的圆周，并且设置在以预定角度彼此间隔以划分受驱元件的圆周的四个驱动电极垫之间，并且

其中多个固定驱动感测梳部分包括两个固定驱动梳部分，每一个固定驱动梳部分具有在相应驱动感测电极垫上以同一方向形成在圆周处的多个固定驱动梳。

9、根据权利要求1所述的旋转回转仪，其中中间构件进一步包括：

与盖子结合并包围受驱元件、驱动电极和驱动支承体的***支承件。

10、根据权利要求9所述的旋转回转仪，其中***支承件、基板、中间构件和盖子每一个都具有矩形的外形。

11、根据权利要求9所述的旋转回转仪，其中驱动支承体包括：

围绕受驱元件径向伸出的多个支承臂；和

多个驱动弹簧，所述多个驱动弹簧在多个支承臂与***支承件和支承在基板上的固定支承端中的一个之间互连，以允许受驱元件执行关于第一轴的振荡运动。

12、根据权利要求11所述的旋转回转仪，其中驱动支承体包括设置在***支承件对角附近的四个驱动支承体。

13、根据权利要求1所述的旋转回转仪，其中感测元件包括在其中心形成有圆孔的圆盘。

14、根据权利要求13所述的旋转回转仪，其中中间构件进一步包括与之间隔开地设置在所述圆孔中以连接基板和盖子的固定部分。

15、根据权利要求1所述的旋转回转仪，其中感测连接器包括两个连接感测元件和受驱元件的感测弹簧。

16、根据权利要求15所述的旋转回转仪，其中每个感测弹簧的结构可以从具有预定长度和矩形横截面的梁构成的组中选择，两个梁以上且每个梁具有预定长度和矩形横截面的梁结构由至少一个连接件连接。

17、根据权利要求16所述的旋转回转仪，其中感测电极包括：

两个固定感测电极部分，分别以半圆形相对传感元件形成在盖子的一部分上，所述盖子的部分在这两者之间相对于感测弹簧所在的轴线被划分。

18、根据权利要求17所述的旋转回转仪，其中每个固定感测电极部分包括具有预定宽度的电极导线，沿着盖子的内表面设置以与设置在中间构件上的相应固定感测电极垫相连。

19、根据权利要求6所述的旋转回转仪，其中盖子包括多个孔，这些孔穿过盖子，在盖子上相应于驱动电极垫、驱动感测电极垫、固定感测电极垫的位置形成，以允许导线从外部向那里连接，所述驱动电极垫构成驱动电极，所述驱动感测电极垫设置在中间构件上以构成驱动感测部分，所述固定感测电极垫设置在中间构件上以与感测电极相连。

20、根据权利要求9所述的旋转回转仪，其中设置在基板和中间构件之间的绝缘体，以使感测元件和受驱元件悬置在基板上方并与之隔开，同时来支承和绝缘固定支承端，所述固定支承端用来在基板上和从基板开始至少支承驱动电极、***支承件以及驱动支承体。。

21、根据权利要求20所述的旋转回转仪，其中基板、绝缘体、中间构件每个都以硅-绝缘体晶片形成，盖子以玻璃晶片形成。

22、根据权利要求2所述的旋转回转仪，其中受驱元件、受驱臂部分、驱动支承体和感测元件每个包括以预定图案形成的多个孔来减少其重量，从而有利于其运动和对绝缘体的蚀刻。

23、根据权利要求20所述的旋转回转仪，其中基板和绝缘体可由玻璃晶片形成，中间构件可由硅晶片形成，盖子可由玻璃晶片形成。