JPH08327650A - 回転率センサ - Google Patents
回転率センサInfo
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Abstract
備えた回転率センサにおいて、長手方向軸線と鉛直方向
軸線との両軸線を中心とした回転を測定することができ
るようにする。 【解決手段】 変位可能な第2の質量が振動質量上に配
置されていて、第1及び第2の質量の変位方向が相互に
平行ではなくかつ振動質量の振動方向に対しても平行で
はなく配向されており、更に第2の質量の変位を検出す
るために別の評価手段が配置されている。
Description
念に記載の回転率センサに関する。
号明細書によれば、励起手段を用いて振動が励起される
振動質量を有し、振動質量上に変位可能な質量が配置さ
れている回転率センサが既に公知である。振動質量が振
動させられ、回転率センサが回転させられると、変位可
能な質量上にコリオリ力が発生し、該コリオリ力が変位
可能な質量を運動せしめる。変位可能な質量の運動は評
価手段を介して検出され、ひいてはコリオリ力乃至回転
率が検出される。上述の回転率センサにあっては、唯一
の回転軸線を中心とした回転率センサの回転だけしか測
定することができない。しかし例えば自動車にとって
は、走行状況を精確に評価できるように、長手方向軸線
及び鉛直方向軸線を中心とした回転を測定することがで
きれば極めて有利である。
方向軸線と鉛直方向軸線との両軸線を中心とした回転を
測定することができる回転率センサを提供することにあ
る。
記載の特徴によって上記課題を解決することができた。
回転率センサは、2つの軸線を中心にした回転を測定す
ることができるという利点を有している。本発明によれ
ば、2つの軸線を中心とした回転を測定するための回転
率センサをコスト的に有利に製造できかつ小さく構成す
ることができる。
て、請求項1で述べた回転率センサの別の有利な構成が
可能である。少くとも2つの回転率センサが1つの共通
な支持体上に配置されていると特に有利である。その場
合回転率センサは、互いにそれぞれ直角に位置する少く
とも3つの方向のコリオリ力を測定する。このような形
式で総ての方向のコリオリ力をコンパクトな構造で検出
することができる。
されていて、これらが逆位相で振動することができるよ
うになっていると有利である。この場合は、回転率セン
サから発信される信号を減算することによって外部の線
形妨害加速度とは無関係で、作用するコリオリ力に対し
て極めて良好に比例した信号を得ることができる。
の変位を抑えることができるように構成されていると特
に有利である。これによって回転率センサは、振動質量
の振動によって発生する妨害に対して不感応になり、か
つ測定信号に回転率センサの振動が不都合な影響を及ぼ
すことがなくなる。
吊されて配置されていると、回転率センサの有利な構成
が可能である。その場合珪素板は、振動質量の振動方向
に対し平行に振動質量上に配置されている。これによっ
て、振動質量の振動方向に対し垂直に作用するコリオリ
力を良好に立証することができる。
第2の質量が配置されていると有利である。その場合は
櫛状の構造体が他の櫛状の構造体と噛み合っていて、こ
の両櫛状の構造体がコンデンサ面を形成している。変位
可能な第2の質量は振動質量の振動方向の平面内で変位
可能に配置されている。このような形式で、振動質量の
振動方向に対し垂直に発生するコリオリ力を精確に立証
することができる。
次にこれを詳しく説明する。
には4つの接続部材5が装着されている。これらの接続
部材5は、これらが方形の角隅点を形成するように配置
されている。4つの接続部材5の間には、正方形の珪素
板によって形成された第1の質量2が配置されている。
この第1の質量2は各角隅部に1つのウェブ3を有して
いる。各ウェブ3は、該ウェブ3に最も近く位置してい
る接続部材5に向って案内されている。このウェブ3も
同じ様に珪素から形成されている。第1の質量2は、珪
素基板1の上のウェブ3を介して珪素基板1に対し垂直
な方向に変位可能に配置されている(図2)。その場合
ウェブ3は、珪素基板1に対し第1の質量2の垂直な変
位だけが可能なように構成されている。このことは例え
ば、珪素基板に対し平行な平面内でウェブ3が特に広幅
に形成されていることによって達成されている。珪素基
板1からは第1の導線4が第1の評価回路27に案内さ
れている。第1の質量2からは第2の導線10が第1の
評価回路27の第2の入口に案内されている。
図である。珪素基板1は、2つの接続部材5が取り付け
られた方形のブロックとして構成されている。接続部材
5の間には第1の質量2が配置されており、該第1の質
量2は、それぞれ1つのウェブ3を介してそれぞれ1つ
の接続部材5に結合されている。図2には、コリオリ力
によって発生する第1の質量2の変位は矢印によって概
略的に図示されている。
する。回転率センサが回転させられ、それによって第1
の質量2が、作用するコリオリ力によって珪素基板1に
対し垂直に変位すると、評価回路27がこの変位を例え
ば電気容量的測定によって検出する。この場合第1の質
量2と珪素基板1との協働する表面が電極として構成さ
れている。この変位は所定の回転軸線を中心とした回転
に対し比例しているので、回転速度を算出することがで
きる。
加速度センサ25を示しており、該加速度センサ25
は、方形で縦長の固定部分6,15が上に配置された珪
素基板1から成り、該固定部分6,15は、相互に平行
に配向されていて、相互に固定された距離を有してい
る。固定部分6,15の端部にはそれぞれ1つの固定ウ
ェブ7,17,18,19が取り付けられており、該固
定ウェブ7,17,18,19は、他方の固定部分1
5,6に向かって案内されており、かつ両固定部分の間
の中央部で第2の質量8に固定されている。この第2の
質量8は同じ様に縦長の方形の形状に形成されている。
7,18,19により変位可能に、かつ珪素基板1上に
浮遊した状態に保持されている。固定ウェブ7,17,
18,19は、第2の質量8が固定ウェブ7,17,1
8,19の配向方向に対し直角な方向にだけ移動可能な
ように構成されている。このことは例えば、固定ウェブ
7,17,18,19が幅に比較して大きな高さを有
し、高さ方向における固定ウェブ7,17,18,19
の曲げは不可能であるが、側方の曲げは良好に可能であ
ることにより達成される。
の配向方向に対し平行にだけ変位可能である。第2の質
量8は第1の固定部分6の方向と第2の固定部分15の
方向とにそれぞれ4つのロッド24を有し、該ロッド2
4は、第2の質量に対し垂直で第1乃至第2の固定部分
6,15の方向に案内されている。これらのロッド24
は、不動に固定された間隔で櫛状に相互に平行に配置さ
れている。第1の固定部分6とロッド24との間には、
第2の固定ウェブ16が珪素基板1の上に取り付けられ
ている。第2の固定ウェブ16は、第1の固定部分6に
対し平行に配置されていて縦長の方形形状を有してい
る。更に第2の固定ウェブ16は、第1の固定部分6に
ほぼ等しい長さを有していて、縦長の方向において第1
の固定部分6の曲げウェブ17,18によって制限され
ている。第2の固定ウェブ16は同じ様にロッド24を
有し、該ロッド24は第2の質量8に向かって案内され
ている。第2の固定部分6のロッド24と、第2の固定
ウェブ16の方向に配置されている、第2の質量8のロ
ッド24とは、相互に噛み合う2つの櫛構造体を形成し
ている。
8との間には第1の固定ウェブ9が配置されており、該
第1の固定ウェブ9は、第2の固定部分15に対し平行
に配向されていて縦長の方形形状を有している。第1の
固定ウェブ9はロッド24を有し、該ロッド24は第2
の質量8の方向に配向されていて相互に不動の間隔で配
置されている。第1の固定ウェブ9の方向に配置されて
いる第2の質量8のロッド24と、第2の質量8の方向
に配置されている第1の固定ウェブ9のロッドは、同じ
様に、相互に噛み合う2つの櫛状の構造体を形成してい
る。
6とは珪素基板1に不動に結合されている。第1の固定
ウェブ6は第4の導線12を介して第2の評価回路28
に接続されている。第2の固定ウェブ16は第3の導線
11を介して第2の評価回路28に接続されている。第
2の固定部分15は第5の導線13を介して第3の評価
回路29に接続されている。同じ様に第1の固定ウェブ
9は第6の導線14を介して第3の評価回路29に接続
されている。
用するコリオリ力によって第2の質量8が変位した場合
には、第2の質量8のロッド24の間隔が、第1の固定
ウェブ9のロッド24と第2の固定ウェブ16のロッド
24とに対して相対的に変化する。この間隔の変化は第
2の評価回路28と第3の評価回路29とにより、電気
容量的な測定によって検出される。つまり第2の質量8
の変位が電気容量的な測定を介して検出可能である。
る2つの回転率センサ30,31を示している。該珪素
基板1は縦長の方形形状を有している。珪素基板1の角
隅部はそれぞれ1つの振動ウェブ23を介してフレーム
20に結合されている。このフレーム20は単数又は複
数の回転率センサのための支持体として構成されてい
る。回転率センサ30,31の珪素基板1上には、図1
及び図3に相応するそれぞれ1つの加速度センサ25,
26が取り付けられている。これらの加速度センサ2
5,26に所属する、図1及び図3に相応する第1、第
2及び第3の評価回路27,28,29は、簡素化のた
め図4には図示されていない。
ている。フレーム20の代りに珪素板が配置されていて
も宜い。第1及び第2の回転率センサ30,31は振動
ウェブ23を介して変位可能に支承されている。図4に
は、第1及び第2の回転率センサ30,31を振動させ
る駆動手段21が概略的に示されている。回転率センサ
30,31は相互に平行に配置されている。回転率セン
サ30,31の振動質量22の振動方向は、珪素基板1
の長手方向に対し垂直に配向されている。振動方向は、
符号vで示した矢印の形状で図4の傍に示してある。水
平な加速度センサ25は回転率センサ30,31上に、
変位がコリオリ力の作用に基いて珪素基板1に対し垂直
に行われるように配置されている。水平な加速度センサ
25の変位方向は符号a1で表わした矢印で図示されて
いる。コリオリ力方向a1に所属する回転率センサの回
転軸線は、符号w1で図4に図示されている。
6は、珪素基板1に対し垂直な方向のコリオリ力を測定
する。これに対応する方向は符号a2の矢印で図4に示
されている。コリオリ力の方向a2には符号w2の矢印
で表わされた回転率センサの回転軸線が対応している。
及び第2の回転率センサ30,31の振動質量には駆動
手段21を介して図示の方向vに相応する振動が与えら
れる。フレーム20と共に全装置が第1の回転軸線w1
を中心として回転させられると、水平な加速度センサ2
5の第2の質量8がa1の方向に変位し、かつ第2及び
第3の評価回路28,29がその変位から、a1方向で
の相応するコリオリ力を検出する。
共に第2の回転軸線w2を中心として回転させられる
と、鉛直な加速度センサ26の第1の質量2が振動質量
22に向かって変位する。この変位は第1の評価回路2
7を介して測定され、該変位からa2方向に作用するコ
リオリ力が算出される。この様な形式で、第1方向a1
及び第2方向a2によって規定された平面内に位置する
コリオリ力が検出される。
械式又はその他の励起方法で作業する。図示の構造は、
有利には単結晶の珪素ウエハから表面精密機械技術的に
又はバルク精密機械技術的に組織パターン加工される。
この場合乾式化学エッチング又は湿式化学エッチングの
ような公知の方法が使用される。更にKOH又は乾式化
学エッチングを用いた異方性の電気化学的なエッチング
も使用可能である。第1、第2及び第3の評価回路2
7,28,29も同じ様に珪素ウエハ内に組み込まれて
いることができる。
手段)21によって逆位相振動で励起されることもでき
る。回転率センサ30,31が逆位相振動する場合に
は、水平な加速度センサ25によって検出された信号及
び鉛直な加速度センサ26によって検出された信号が、
それぞれ互いに減算される。この差異の形成によって、
水平な加速度センサ25乃至鉛直な加速度センサ26の
横方向加速度の相殺が振動励起によって実現される。
センサを配置することができる。該回転率センサは、第
3の回転軸線を中心に回転した場合に、コリオリ力が図
1乃至図3に図示された原理に相応して検出されうるよ
うに構成されている。図面に図示された加速度センサは
勿論、別の測定原理に基いて構成された加速度センサに
よって代えることができる。図4に図示された回転率セ
ンサ30,31は、これらが互いに直角に振動するよう
に配置することも可能である。同じ様に、相互に平行に
又は相互に垂直に振動する回転率センサを任意に組み合
わせることも可能である。
した図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 有利には珪素から成る回転率センサ(3
0,31)であって、振動状態にもたらすことが可能な
少くとも1つの振動質量(1)と、振動を惹き起すため
の励起手段(21)と、前記振動質量(1)上に配置さ
れた変位可能な第1の質量(2)とを有し、第1の質量
(2)が該質量(2)の変位を検出するための評価手段
(27)を備えている形式のものにおいて、 変位可能な第2の質量(8)が前記振動質量(1)上に
配置されていて、第1及び第2の質量(2,8)の変位
方向が相互に平行ではなくかつ前記振動質量(1)の振
動方向に対しても平行ではないように配向されており、
前記第2の質量(8)の変位を検出するための別の評価
手段(28,29)が配置されていることを特徴とす
る、回転率センサ。 - 【請求項2】 第2の回転率センサが請求項1の回転率
センサと共に1つの共通な支持体上に配置されており、
第2の回転率センサが第1の回転率センサに対し逆位相
で振動することを特徴とする、請求項1記載の回転率セ
ンサ。 - 【請求項3】 第1乃至第2の質量(2;8)の懸吊装
置(3;7,18,19)が、前記振動質量(1)の振
動方向の変位に対し高い剛性を発揮しうるように構成さ
れていることを特徴とする、請求項1又は2記載の回転
率センサ。 - 【請求項4】 第1の質量(2)が前記振動質量(1)
の振動方向に対し垂直に変位可能な珪素板の形状で配置
されていることを特徴とする、請求項1から3までのい
ずれか1項記載の回転率センサ。 - 【請求項5】 変位可能な第2の質量(8)が第1の櫛
形構造を有し、該櫛形構造が、変位の際第2の櫛形構造
に対し相対的にスライド可能であることを特徴とする、
請求項1から4までのいずれか1項記載の回転率セン
サ。 - 【請求項6】 共通な支持体(20)上に複数の回転率
センサが配置されており、互いに直角に位置する3つの
回転軸線を中心とした支持体(20)の回転が、コリオ
リ力の立証を介して検出可能であることを特徴とする、
請求項1から5までのいずれか1項記載の回転率セン
サ。
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