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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Drehratensensor bzw. von einem Verfahren zum Betrieb eines Drehratensensors (DRS) gemäß den Oberbegriffen der nebengeordneten Ansprüche.
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Solche Drehratensensoren und solche Verfahren zum Betrieb eines Drehratensensors sind allgemein bekannt.
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Drehratensensoren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift
WO 2003064975 A1 ein Drehratensensor mit zwei schwingenden Massenelementen bekannt. Mikromechanische Drehratensensoren für Drehraten um eine Achse parallel zur Sensorebene (Z bzw. die Drehrate Qy) werden üblicherweise als planar schwingende Massen oder als in der Ebene Rotationsschwingungen ausführende Massen ausgeführt, die bei Auftreten einer Rotation, eine Corioliskraft senkrecht zur Ebene erfahren. Diese Kraft wird dabei entweder über die zur Lagerückregelung nötige elektrostatische Gegenkraft (closed-loop Regelung) ermittelt oder über die Kapazitätsänderung aufgrund der Abstandsänderung zum Substrat gemessen (open-loop Betrieb). Neben der Ziel-Messgröße Corioliskraft gibt es weitere Medial-Kräfte die auf die Sensoren wirken und ein Signal hervorrufen können wie z. B. Linearbeschleunigungen und Drehbeschleunigungen. Das Auftreten dieser Beschleunigungen kann zu Fehlsignalen im Betrieb führen. Durch die differentielle Auswertung der Kräfte, die auf zwei sich gegensinnig bewegende Massen wirken, kann zwischen Corioliskraft und der Kraft durch Linearbeschleunigung unterschieden werden (z. B. zwei Massen die aufeinander zu schwingen oder eine in der Ebene Rotationsschwingungen ausführende Masse), bei der die Kapazität an zwei gegenüberliegenden Positionen ausgewertet wird.
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Diese Sensoren sind sowohl unempfindlich gegenüber der Drehbeschleunigung um die y-Achse, als auch gegenüber der Drehbeschleunigung um die z-Achse. Eine Differenzierung zwischen Corioliskraft und derjenigen Kraft, welche durch Drehbeschleunigung um die x-Achse entsteht, ist mit den herkömmlichen Sensoren jedoch nachteilig nicht möglich. Dies ist äußerst problematisch, weil Drehbeschleunigungen als Störgrößen auftreten.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drehratensensor und ein Verfahren zum Betrieb eines Drehratensensors zur Verfügung zu stellen, die die Nachteile des Stands der Technik nicht aufweisen und unempfindlich gegenüber Drehbeschleunigungen und Linearbeschleunigung sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Drehratensensor und das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Drehratensensors gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass sie unempfindlich gegenüber Drehbeschleunigungen und Linearbeschleunigung sind.
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Dieser Vorteil wird erfindungsgemäß durch einen Drehratensensor mit einem eine Haupterstreckungsebene aufweisenden Substrat zur Detektion einer Drehrate um eine sich parallel zur Haupterstreckungsebene erstreckenden ersten Achse erreicht, wobei der Drehratensensor ein erstes Rotationselement und ein zweites Rotationselement aufweist, wobei das erste Rotationselement um eine erste Drehachse antreibbar ist, wobei das zweite Rotationselement um eine zweite Drehachse antreibbar ist, wobei die erste Drehachse senkrecht zur Haupterstreckungsebene angeordnet ist, wobei die zweite Drehachse senkrecht zur Haupterstreckungsebene angeordnet ist, wobei das erste Rotationselement und das zweite Rotationselement gegensinnig zueinander antreibbar sind.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Rotationselement und das zweite Rotationselement über mindestens ein Koppelelement miteinander verbunden sind. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, dass eine Vergrößerung des Frequenzsplittings zwischen paralleler Antriebs- und Detektionsmode zur antiparallelen Antriebs- und Detektionsmode erreichbar ist.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Koppelelement über mindestens eine Feder mit dem Substrat verbunden ist. Dadurch ist es vorteilhaft auf besonders einfache Art und Weise möglich, dass eine Vergrößerung des Frequenzsplittings zwischen paralleler Antriebs- und Detektionsmode zur antiparallelen Antriebs- und Detektionsmode erreichbar ist.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Koppelelement eine Wippenstruktur mit einer Wippendrehachse aufweist, wobei die Wippendrehachse parallel zur ersten Achse verläuft. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, dass eine vergleichsweise besonders starke Vergrößerung des Frequenzsplittings zwischen paralleler Antriebs- und Detektionsmode zur antiparallelen Antriebs- und Detektionsmode erreichbar ist.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Rotationselement als äußerer Ring ausgebildet, wobei das zweite Rotationselement als innerer Ring ausgebildet, wobei das erste Rotationselement im Innern des zweiten Rotationselements angeordnet ist, wobei die erste Drehachse durch die zweite Drehachse verläuft. Dadurch ist es unter Erreichung einer besonders kompakten Bauweise vorteilhaft möglich, dass eine Vergrößerung des Frequenzsplittings zwischen paralleler Antriebs- und Detektionsmode zur antiparallelen Antriebs- und Detektionsmode erreichbar ist.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass zwischen dem ersten Rotationselement und dem zweiten Rotationselement mindestens ein erstes Massenelement und ein zweites Massenelement angeordnet ist, wobei das erste Massenelement mit dem ersten Rotationselement verbunden ist und das zweite Massenelement mit dem zweiten Rotationselement verbunden ist, wobei bevorzugt das erste Massenelement mit dem zweiten Massenelement gekoppelt ist. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, dass sowohl eine besonders störungsunempfindliche Anordnung realisiert werden kann als auch eine Vergrößerung des Frequenzsplittings zwischen paralleler Antriebs- und Detektionsmode zur antiparallelen Antriebs- und Detektionsmode erreichbar ist.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Rotationselement plattenförmig ausgebildet ist und das zweite Rotationselement plattenförmig ausgebildet ist. Dadurch ist es vorteilhaft auf besonders einfache Art und Weise möglich, dass eine Vergrößerung des Frequenzsplittings zwischen paralleler Antriebs- und Detektionsmode zur antiparallelen Antriebs- und Detektionsmode erreichbar ist.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Drehratensensor ein drittes Rotationselement mit einer dritten Drehachse und eine viertes Rotationselement mit einer vierten Drehachse aufweist, wobei die dritte Drehachse und die vierte Drehachse senkrecht zur Haupterstreckungsebene angeordnet sind, wobei das dritte Rotationselement und das erste Rotationselement gegensinnig zueinander antreibbar sind, wobei das dritte Rotationselement und das vierte Rotationselement gegensinnig zueinander antreibbar sind. Dadurch ist es vorteilhaft unter Erhöhung der Redundanz möglich, dass eine Vergrößerung des Frequenzsplittings zwischen paralleler Antriebs- und Detektionsmode zur antiparallelen Antriebs- und Detektionsmode erreichbar ist.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Rotationselement mit dem zweiten Rotationselement gekoppelt ist und dass das dritte Rotationselement mit dem vierten Rotationselement gekoppelt ist. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, dass eine Vergrößerung des Frequenzsplittings zwischen paralleler Detektionsmode zur antiparallelen Detektionsmode erreichbar ist.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Drehratensensors mit einem eine Haupterstreckungsebene aufweisenden Substrat zur Detektion einer Drehrate um eine sich parallel zur Haupterstreckungsebene erstreckenden ersten Achse, wobei eine erstes Rotationselement und ein zweites Rotationselement angeordnet werden, wobei das erste Rotationselement um eine erste Drehachse angetrieben wird, wobei das zweite Rotationselement um eine zweite Drehachse angetrieben wird, wobei die erste Drehachse senkrecht zur Haupterstreckungsebene angeordnet wird, wobei die zweite Drehachse senkrecht zur Haupterstreckungsebene angeordnet wird, wobei das erste Rotationselement und das zweite Rotationselement gegensinnig zueinander angetrieben werden. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein erstes, zweites, drittes und viertes Rotationselement angeordnet werden, wobei das erste, zweite, dritte und vierte Rotationselement um eine erste, zweite, dritte bzw. vierte Drehachse angetrieben werden, wobei die erste, zweite, dritte und vierte Drehachse senkrecht zur Haupterstreckungsebene angeordnet werden, wobei jeweils zwei Rotationselement gegensinnig zueinander angetrieben werden und die übrigen zwei Rotationselemente gleichsinnig zueinander angetrieben werden. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, dass eine Vergrößerung des Frequenzsplittings zwischen paralleler Antriebs- und Detektionsmode zur antiparallelen Antriebs- und Detektionsmode erreichbar ist.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Rotationselemente parallel zu einer zur ersten Achse (x) und zur zweiten Achse (z) senkrechten dritten Achse (y) angetrieben werden, wobei die Rotationselemente vorzugsweise drehbar (im Sinne einer Rotationsschwingung) gelagert sind wobei durch die Auslenkung des ersten Rotationselements ein erstes und zweites Detektionssignal erzeugt wird, wobei durch die Auslenkung des zweiten Rotationselements ein drittes und viertes Detektionssignal erzeugt wird, wobei das erste bis vierte Detektionssignal einzeln ausgewertet werden, wobei bevorzugt durch die Auslenkung des dritten Rotationselements ein fünftes und sechstes Detektionssignal erzeugt wird, wobei durch die Auslenkung des vierten Rotationselements ein siebtes und achtes Detektionssignal erzeugt wird, wobei das erste bis achte Detektionssignal einzeln ausgewertet werden, um die Drehbeschleunigung um die x- bzw. y-Achse und Linearbeschleunigung entlang der z-Achse zu messen.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste und das dritte Detektionssignal und/oder das erste, das dritte, das fünfte und das siebte Detektionssignal zu einem ersten Summensignal addiert werden, wobei das zweite und das vierte und/oder das zweite, das vierte, das sechste und das achte Detektionssignal zu einem zweiten Summensignal addiert werden. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, dass eine differentielle Auswertung auf einfache Art und Weise durchgeführt werden kann.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Differenzsignal aus dem ersten Summensignal und dem zweiten Summensignal gebildet wird, wobei die Drehrate in Abhängigkeit des Differenzsignals bestimmt wird. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, dass das Verfahren unempfindlich gegenüber Stör- und insbesondere Drehbeschleunigungen ist.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung kann durch Flächenelektroden unterhalb der Rotationselemente die Quadratur kompensiert werden Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung kann durch Flächenelektroden unterhalb der Rotationselemente eine Mitkopplung der Detektionsmode erfolgen, so dass ein vollresonanter Betrieb des Sensors möglich ist Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung kann durch Auswuchten der Massen die Auskopplung von Kräften während des Betriebs unterbunden werden. Die oben erwähnten Koppelstrukturen können zusätzlich der Auswuchtung dienen
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen
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1 bis 13 schematisch beispielhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Drehratensensors.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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1a und 1b zeigen schematisch eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehratensensors 100 aus zwei ineinander liegenden Rotoren 101, 102 (doppelrotatorischer DRS) mit gegensinnigem Drehschwingungssinn und dessen Antriebs- und Detektionsbewegung (wobei die gebogenen Pfeile die Bewegung einer Halbphase darstellen). Die erste Achse X bezeichnet die Drehachse der zu detektierenden Rotation und verläuft parallel zur Haupterstreckungsebene 103 des Substrats. Die zweite Achse Y verläuft senkrecht zur ersten Achse X und parallel zur Haupterstreckungsebene 103 des Substrats. Die dritte Achse Z verläuft senkrecht zur Haupterstreckungsebene 103 des Substrats. Die zu detektierenden Auslenkungen werden in Richtung der dritten Achse Z gemessen. Die Flächenbereiche, die bei der Detektion der Signale zur differentiellen Kapazitätsmessung herangezogen werden, sind mit 1 und 2 benannt. Durch differentielle Kapazitätsauswertung der mit 1 benannten Bereiche gegenüber den mit 2 benannten Bereichen ist eine Unterscheidung zwischen Corioliskraft und Linearbeschleunigung bzw. Drehbeschleunigung möglich.
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2a und 2b zeigen eine Seitenansicht des Drehratensensors aus 1a und 1b. Die Detektions-Auslenkung des doppelrotatorischen Drehratensensors mit zwei planaren gegensinnig drehschwingende Massen durch Corioliskraft (dΩx) (2a) und Drehbeschleunigung (dΩx/dt) (2b) unterscheiden sich, sodass ein Sensor dieser Bauart zwischen den beiden Kräften unterschieden kann.
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3a und 3b zeigen Draufsichten auf eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehratensensors sowie auf eine Kopplungsstruktur 305 für den doppelrotatorischen Drehratensensor 100 zur Vergrößerung des Frequenzsplittings zwischen paralleler Antriebs- und Detektionsmode zur antiparallelen Antriebs- und Detektionsmode. Der Drehratensensor 100 weist Kopplungsstrukturen 305, 305' auf. Die Kopplungsstrukturen 305, 305' verbinden die Rotationselemente 101, 102 miteinander. Die Pfeile 300 und 301 bezeichnen die Bewegungsrichtungen der Rotoren. Die Kopplungsstruktur 305 ist über Substratverankerungen 302, 302' mit dem Substrat verbunden. Die Kopplungsstruktur 305 weist Ausgleichsfedern 303, 304 auf, die für entgegengesetzten Zug nach links und rechts (bezogen auf die Bildebene) vorgesehen sind bzw. aus der Ebene heraus.
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4a und 4b zeigen schematisch eine weitere beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehratensensors 100. 4a zeigt die Antriebsbewegung und 4b zeigt die Detektionsbewegung. Der Drehratensensor weist zwei gegensinnig Rotationsschwingungen ausführende Massen auf, die nebeneinander angeordnet sind. Die Flächen, die bei der Detektion der Signale zur differentiellen Kapazitätsmessung herangezogen werden sind mit 1 und 2 benannt. Durch differentielle Kapazitätsauswertung der mit 1 benannten Bereiche gegenüber den mit 2 benannten Bereichen ist eine Unterscheidung zwischen Corioliskraft und Drehbeschleunigung möglich.
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5 zeigt schematisch eine weitere beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehratensensors 100. Der Drehratensensor 100 weist ein drittes Rotationselement 503 und ein viertes Rotationselement 504 auf. 5 zeigt als Draufsicht die Antriebsbewegung des Drehratensensors. Der Drehratensensor weist vier gegensinnig Rotationsschwingungen ausführende Massen auf. Die Flächenbereiche, die bei der Detektion der Signale zur differentiellen Kapazitätsmessung herangezogen werden sind mit 1 und 2 benannt. Durch differentielle Kapazitätsauswertung der mit 1 benannten Bereiche gegenüber den mit 2 benannten Bereichen ist eine Unterscheidung zwischen Corioliskraft und Drehbeschleunigung möglich.
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6a und 6b zeigen schematisch eine weitere beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehratensensors 100. Der Drehratensensor 100 weist auf zwei konzentrisch gegensinnig Rotationsschwingungen ausführende Rahmen 101, 102, an die abwechselnd Massen 600, 600', 600'', 600''', 601, 601', 602'', 603''' befestigt sind. Die Flächen, die bei der Detektion der Signale zur differentiellen Kapazitätsmessung herangezogen werden, sind mit 1 und 2 benannt. Durch differentielle Kapazitätsauswertung der Bereiche 1 und 2 ist eine Unterscheidung zwischen Corioliskraft und Drehbeschleunigung möglich. Die Flächen 1, 2 können sich aus der Ebene heraus bewegen/kippen.
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7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f zeigen schematisch eine weitere beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehratensensors 100. 7a zeigt eine Aufsicht auf eine gekoppelte Antriebsbewegung des Drehratensensors 100 aufweisend zwei gegensinnig Rotationsschwingungen ausführende Massen 101, 102. Die Rotationselemente 101, 102 sind über Koppelstrukturen 700, 700', 700'' (optionales Element) miteinander verbunden. Die Rotationselemente 101, 102 sind über Verbindungsstrukturen 799, 799', 799'' 799''' mit dem Substrat verbunden. Mit der Koppelstruktur. 700'' ist vorteilhaft ein Auswuchten möglich. Die Koppelstruktur 700 weist Federn 701, 701', eine Wippe 703 und Verbindungselemente 702, 702' auf, die die Wippe 703 mit dem Substrat verbinden. Die Flächenbereiche, die bei der Detektion der Signale zur differentiellen Kapazitätsmessung herangezogen werden sind mit 1 und 2 benannt. 7c zeigt die antiparallele Detektionsbewegung (relevante Mode für Signaldetektion). 7d zeigt die parallele Detektionsbewegung (Störmode) 7b zeigt eine mikromechanische, wippenartige Struktur 700 zur Aufhebung der Entartung zwischen paralleler und antiparalleler Detektionsmode, d. h. Verschiebung der parallelen Detektionsmode zu höheren Frequenzen. Dadurch wird vorteilhaft eine geringere Störempfindlichkeit erreicht. Die mikromechanische Struktur 700 weist an den Verbindungsstellen zwischen Wippe und Rotationsschwingungen ausführende Massen Ausgleichsfedern auf, um die Antriebsbewegung ausgleichen zu können. 7f zeigt eine vergrößerte Ansicht der Verbindungsstruktur 799'. Die Verbindungsstrukturen 799, 799', 799'' 799''' führen vorteilhaft zu einer Symmetrisierung des Sensors, welcher damit eine geringere Störanfälligkeit hat. In 7e ist eine weitere Störbewegung skizziert, die durch die Wippenstrukturen zu höheren Frequenzen verschoben, d. h. unterdrückt, wird.
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8 zeigt schematisch eine weitere beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehratensensors 100, wobei die Antriebsbewegung dargestellt ist. Der Drehratensensor weist auf vier gegensinnig Rotationsschwingungen ausführende Massen 101, 102, 800, 801. Die Flächenbereiche, die bei der Detektion der Signale zur differentiellen Kapazitätsmessung herangezogen werden sind mit 1 und 2 benannt. Jeweils zwei Rotationselemente sind über Koppelstrukturen 802, 802', 803, 803', 804, 805, 806, 807 miteinander verbunden, die beispielsweise als Wippenstrukturen ausgebildet sind; diese Koppelstrukturen koppeln jeweils Bereiche 1 und 2 und führen zu einer Aufhebung der Modenentartung zwischen paralleler und antiparalleler Detektionsmode und zwischen paralleler und antiparalleler Antriebsmode, d. h. die parallele Detektionsmode bzw. Antriebsmode wird zu höheren Frequenzen verschoben.
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9 zeigt schematisch eine weitere beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehratensensors 100, wobei die Antriebsbewegung dargestellt ist. Der Drehratensensor unterscheidet sich von der Ausführungsform aus 6a dadurch, dass zusätzlich Koppelstrukturen 900 zwischen den Massen 600, 601 angeordnet sind. Der Drehratensensor 100 weist auf zwei konzentrische gegensinnig rotierenden (bzw. Rotationsschwingungen ausführende) Rahmen an die abwechselnd Massen (1 und 2) befestigt sind. Die Flächen, die bei der Detektion der Signale zur differentiellen Kapazitätsmessung herangezogen werden sind mit 1 und 2 benannt. Bevorzugt koppeln mikromechanische Wippenstrukturen 900 jeweils Bereiche 1 und 2 und führen zu einer Aufhebung der Modenentartung zwischen paralleler und antiparalleler Detektionsmode, d. h. die parallele Detektionsmode wird zu höheren Frequenzen verschoben.
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10 zeigt schematisch eine weitere beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehratensensors 100, wobei die Antriebsbewegung dargestellt ist. Der Drehratensensors 100 weist zwei gegensinnige Rotationsschwingungen ausführende Massen 101, 102 auf, die über ein Koppelelement 1001 miteinander verbunden sind. An den Rotationselementen 101, 102 sind Antriebsstrukturen 1000, 1000' dargestellt, die fest mit den Rotationsschwingungen ausführenden Massen verbunden sind. Mithilfe elektrostatischer Kräfte zwischen den Kammstrukturen dieser Antriebsstrukturen und passenden Gegenstrukturen (nicht dargestellt), die eine Verbindung mit dem Substrat aufweisen, ist der Antrieb der beiden Rotationsschwingungen ausführenden Massen möglich. Aufgrund der rotatorischen Bewegungsform sind die Kämme sowohl am Rotor (Aktorkämme) als auch am Substrat (Statorkämme) bevorzugt tangential gekrümmt ausgerichtet.
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11 zeigt schematisch eine weitere beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehratensensors 100, wobei die Antriebsbewegung dargestellt ist. 11 zeigt die gekoppelte Antriebsbewegung des Drehratensensors 100 aufweisend zwei gegensinnig Rotationsschwingungen ausführende Massen 101, 102, die über ein Koppelelement 1101 miteinander verbunden sind. An den Rotationselementen 101, 102 sind Antriebsstrukturen 1100, 1100' angeordnet, die über steife Elemente in Bewegungsrichtung der Antriebsstrukturen (siehe gebogene Pfeile) und federnde Elemente senkrecht zu deren Bewegungsrichtung mit den Rotationsschwingungen ausführenden Massen verbunden sind. Mithilfe elektrostatischer Kräfte zwischen den Kammstrukturen dieser Antriebsstrukturen und passenden Gegenstrukturen (nicht dargestellt), die eine Verbindung mit dem Substrat haben, ist der Antrieb der beiden Rotationsschwingungen ausführende Massen möglich.
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12a und 12b zeigen schematisch eine weitere beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehratensensors 100, wobei die Antriebsbewegung dargestellt ist. 12a zeigt die gekoppelte Antriebsbewegung des Drehratensensors 100 aufweisend zwei gegensinnig Rotationsschwingungen ausführende Massen 101, 102, die über ein Koppelelement 1204 miteinander verbunden sind. An den Rotationselementen 101, 102 sind mikromechanische Antriebsstrukturen 1200, 1200' angeordnet, die über steife Elemente 1201 und federnde Elemente 1202 mit den Rotationsschwingungen ausführenden Massen verbunden sind. Die Auf-und-Abbewegung (entlang Y-Richtung) der Antriebsstrukturen wird über Umlenkrahmen (siehe Detailskizze in 12b) um 90° (entlang x-Richtung) gedreht, um die benötigte Antriebsbewegung der Massen zu gewährleisten. Mithilfe elektrostatischer Kräfte zwischen den Kammstrukturen dieser Antriebsstrukturen und passenden Gegenstrukturen (nicht dargestellt), die eine Verbindung 1203 mit dem Substrat haben, ist der Antrieb der beiden Rotationsschwingungen ausführenden Massen möglich.
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13 zeigen eine detaillierte Darstellung des erfindungsgemäßen Drehratensensors 100 aus 7a–7f. Der Drehratensensor 100 weist die Antriebsmittel 710, 710' mit Kammelektroden auf, welche die Massen 101, 102, die über ein Koppelelement 700'' miteinander verbunden sind, zu der gegensinnig Rotationsschwingungen der Antriebsbewegung anregen. Das Koppelelement 700'' besteht aus einer Masse 742, Phi-Federn zum Stressausgleich, welche die Masse des Koppelelements 700'' mit den Massen 101, 102 verbindet. Weiterhin beinhaltet 700'' symmetrisch angeordnete Detektionsmittel 741 mit Kammelektroden und Federn inklusive Substratanbindung 740. Die Antriebsbewegung wird bedingt durch die zentralen Rotationsfedern 720, welche zweifach sowohl im Zentrum der Masse 101 als auch 102 vorhanden sind. Die Federn 720 beinhalten Stressausgleichsstrukturen 722 und Substratanbindungen 721. Auftretende Quadraturen können durch sich unter den symmetrisch angeordneten Quadraturstrukturen 730 befindlichen Elektroden ausgeglichen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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