本發(fā)明專利技術(shù)的不同實施例將多個沖擊穩(wěn)健的單軸線MEMS陀螺儀集成到單個硅基板內(nèi)，同時避免了典型地與設(shè)計防沖擊陀螺儀的多驅(qū)動控制系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的復(fù)雜性。在本發(fā)明專利技術(shù)的一些實施例中，防沖擊三軸陀螺儀基于這樣的驅(qū)動方案，該驅(qū)動方案使用旋轉(zhuǎn)接合部將由兩組驅(qū)動質(zhì)量產(chǎn)生的驅(qū)動力分配至單獨的傳感器，由此簡化了陀螺儀的控制。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【專利說明】沖擊穩(wěn)健的集成多軸線MEMS陀螺儀相關(guān)專利申請的交叉引用本申請涉及并且要求于2014年5月16日提交的、名稱為“沖擊穩(wěn)健的集成多軸線MEMS陀螺儀”的未決和共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請序列號61/994，574的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，列出的專利技術(shù)人是Lorenzo Bertini和Alessandro Rocchi，在此以引用的方式結(jié)合其全部內(nèi)容。
技術(shù)介紹
本專利技術(shù)涉及微機電系統(tǒng)(MEMS)陀螺儀。更具體地，本專利技術(shù)涉及MEMS系統(tǒng)、設(shè)備和方法，以操作多軸線MEMS陀螺儀并且提供不受環(huán)境機械干擾的影響。本專利技術(shù)的背景近年來，對于MEMS陀螺儀的市場有飛速增長的對于設(shè)計成例如消費者電子產(chǎn)品和汽車應(yīng)用的MEMS陀螺儀的需求。結(jié)果是，在現(xiàn)代陀螺儀的研發(fā)中具體化了兩種不同的趨勢。首先，最小化陀螺儀的趨勢導(dǎo)致了這樣的涉及，S卩，將多個MEMS傳感器集成到能夠同時檢測圍繞多個空間軸線的角速度的單個設(shè)備內(nèi)。在美國專利申請序列號2011/0094301中存在用于低端設(shè)備的陀螺儀傳感器的多軸集成的實例，其中小尺寸是關(guān)鍵的設(shè)計參數(shù)。其次，不受例如振動、沖擊和力的其它突然沖擊的環(huán)境干擾已經(jīng)變?yōu)楦叨送勇輧x設(shè)備市場的關(guān)鍵需求。在美國專利申請序列號2013/0269469中存在設(shè)計成通過電力和機械裝置來抵消環(huán)境干擾的沖擊穩(wěn)健(shock-robust)的陀螺儀。初看，將多軸傳感器集成到高端陀螺儀設(shè)備內(nèi)會允許在消費者市場中的更復(fù)雜和增長的應(yīng)用以及減少用于汽車應(yīng)用的成本。然而，高端沖擊穩(wěn)健陀螺儀是結(jié)合了多于不同結(jié)構(gòu)的固有復(fù)雜的設(shè)備。將三個單軸線高端陀螺儀集成到同一硅基板上的直接集成帶來了復(fù)雜的挑戰(zhàn)，該挑戰(zhàn)目前還未被掌控。此外，設(shè)計適當(dāng)控制系統(tǒng)的復(fù)雜性實際上已將上述兩種趨勢由此進(jìn)一步差異化。然而，進(jìn)行了一些努力將穩(wěn)定和沖擊穩(wěn)健的特征設(shè)計到MEMS陀螺儀內(nèi)，該陀螺儀例如可以放置事故并且在涉及安全的應(yīng)用中可能拯救生命，汽車領(lǐng)域持續(xù)地依靠集成于板程度的獨立單軸線高端陀螺儀。理想地，這些陀螺儀將總是保持操作，甚至是在來自沖擊事件的干擾力被傳遞至MEMS陀螺儀的適當(dāng)檢測電路的情況下，以便通過區(qū)分力之間的不同貢獻(xiàn)、探測希望的旋轉(zhuǎn)等并且在不同沖擊情況下采取適當(dāng)?shù)男Ｕ齽幼鱽砭S持方向穩(wěn)定性，該力引起了檢驗質(zhì)量(proof masses)的位移。需要成功地結(jié)合兩種上述趨勢的優(yōu)點來產(chǎn)生可靠、沖擊穩(wěn)健、多軸線的陀螺儀傳感器的設(shè)計。
技術(shù)實現(xiàn)思路
公開的系統(tǒng)和方法提供用于機電驅(qū)動系統(tǒng)，其允許驅(qū)動具有多個驅(qū)動質(zhì)量的三個單獨單軸線陀螺儀。具體地，在本專利技術(shù)的不同實施例中，驅(qū)動系統(tǒng)的機械部件是基于一組旋轉(zhuǎn)接合部，該組旋轉(zhuǎn)接合部以這樣的方式分配驅(qū)動力，即，按照多個單軸線陀螺儀的需要來調(diào)整驅(qū)動運動的方向。通過將三個單軸線沖擊穩(wěn)健的陀螺儀集成到單個硅基板內(nèi)，維持了每個陀螺儀的核心設(shè)計并且以此就沖擊穩(wěn)健而言的其性能，同時避免了典型地與設(shè)計防沖擊陀螺儀的多驅(qū)動控制系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的復(fù)雜性。此處，已經(jīng)總得描述本專利技術(shù)的一些特征和優(yōu)勢；然而，基于附圖、說明書及其權(quán)利要求，此處展示的另外的特征、優(yōu)勢和實施例對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將變得顯而易見。因此，應(yīng)理解本專利技術(shù)的范圍不受該
技術(shù)實現(xiàn)思路
部分中所公開的具體實施例的限制。【附圖說明】將參照本專利技術(shù)的實施例，其實例將在附圖中示出。這些圖旨在示意性的，而非限制。盡管本專利技術(shù)總得在這些實施例的內(nèi)容中描述，應(yīng)理解這并非旨在將本專利技術(shù)的范圍限制于這些具體實施例。圖1是根據(jù)本專利技術(shù)的不同實施例的、由單個驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動的、處于三軸陀螺儀配置的沖擊穩(wěn)健的陀螺儀傳感器的示意系統(tǒng)。圖2是根據(jù)本專利技術(shù)的不同實施例的、由單個驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動的、處于多軸線陀螺儀配置的沖擊穩(wěn)健的陀螺儀傳感器的另一示意系統(tǒng)。圖3是根據(jù)本專利技術(shù)的不同實施例的、由單個驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動的、處于三軸陀螺儀配置的非沖擊穩(wěn)健的陀螺儀傳感器的示意系統(tǒng)。圖4是用于根據(jù)本專利技術(shù)的不同實施例的、由單個驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動的、處于多軸線陀螺儀配置中的沖擊取消的示意過程的流程圖。【具體實施方式】在下面描述中，為了解釋的目的，列出了具體細(xì)節(jié)以便提供本專利技術(shù)的理解。然而，顯然對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，可以實施本專利技術(shù)而無需這些細(xì)節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到如下描述的本專利技術(shù)的實施例可以以不同方式和使用不同裝置來執(zhí)行。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將意識到本專利技術(shù)范圍內(nèi)的另外修改、應(yīng)用和實施例如同本專利技術(shù)可以提供實用性的其它領(lǐng)域。因此，下面描述的實施例是本專利技術(shù)具體實施例的示意并且意在避免掩蓋本專利技術(shù)。說明書中的引用“一個實施例”或“一實施例”是指關(guān)于該實施例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、特征或功能被包括在本專利技術(shù)的至少一個實施例中。說明書中不同地方出現(xiàn)的語句“在一個實施例中”或“在一實施例中”等并不必要指同一實施例。另外，附圖中部件之間或方法之間的連接部并不限制于直接表現(xiàn)的連接部。而是，圖中所示的部件或方法步驟之間的連接部可以被修改或者通過增加中間部件或方法步驟被更改，而不偏離本專利技術(shù)的教導(dǎo)。在該文獻(xiàn)中，術(shù)語“接合部”和“旋轉(zhuǎn)結(jié)合部”是指本領(lǐng)域技術(shù)人員意識到的任何種類的鉸接部、樞轉(zhuǎn)裝置或耦合機械。圖1是根據(jù)本專利技術(shù)的不同環(huán)境的、由單個驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動的、處于三軸陀螺儀中的沖擊穩(wěn)健的陀螺儀傳感器的示意系統(tǒng)。圖1中的系統(tǒng)在單個設(shè)備中結(jié)合了三個單軸陀螺儀180-184，以產(chǎn)生三軸陀螺儀100。陀螺儀184是Z-陀螺儀，而陀螺儀180和182是兩個相同的平面內(nèi)陀螺儀。如圖1中所示，平面內(nèi)陀螺儀180和182定向放置成相對于彼此橫跨Y-軸線195和在X-Y平面中成45度角的鏡像布置。陀螺儀傳感器180-184利用科里奧利(Cor1lis)效應(yīng)以確定何時將角速率應(yīng)用于三軸陀螺儀100。應(yīng)理解，陀螺儀傳感器180-184包括由科里奧利力移動的內(nèi)檢驗質(zhì)量。一般地，科里奧利力可被用來根據(jù)下列原理來測量角速率:每個陀螺儀內(nèi)的電容式檢測電極將正交于相應(yīng)驅(qū)動方向的檢測方向上的陀螺質(zhì)量的位移作為電容變化來測量，其是相應(yīng)陀螺儀的旋轉(zhuǎn)的函數(shù)。例如，當(dāng)響應(yīng)于施加于三軸陀螺陀螺儀100的角速度科里奧利力作用在陀螺儀180時，與檢驗質(zhì)量相關(guān)聯(lián)的檢測電極將由科里奧利力誘導(dǎo)的位移轉(zhuǎn)換為電容變化，該電容變化與所施加的角速度成比例。典型地，ASIC處理陀螺儀傳感器信號，以便確定相對于傳感器環(huán)境的角速度，并且調(diào)整所需的頻率和振幅以維持致動器的諧振，此處為質(zhì)量102、104。具體地，當(dāng)三軸陀螺儀中的質(zhì)量被驅(qū)動來以一定速度沿正坐標(biāo)系的第一軸線(例如，X-軸線192)移動并且暴露于關(guān)于第二軸線(例如，Z-軸線196)的角旋轉(zhuǎn)時，科里奧利效應(yīng)典型地使檢驗質(zhì)量由科里奧利力沿第三方向(例如，Y-軸線194)位移，該科里奧利力與待測量的角速率直接成比例。使用MEMS技術(shù)，該該位移能被合適的電子器件探測，例如，通過施加電壓的電容傳感器構(gòu)件(典型的梳狀電極或板電極)來將位置上的變化(即電容或電壓上的變化)探測成測量角旋轉(zhuǎn)。例如在圖1中，Z-陀螺儀184被沿Y-軸線194驅(qū)動并且對沿X-軸線196的偏移敏感，為了關(guān)于Z-軸線192的旋轉(zhuǎn)，即平面外。平面內(nèi)陀螺儀180被以相對于Y-軸線194成45度角驅(qū)動并且對沿Z-軸線196的偏移敏感，為了垂直于在X-Y平面中其驅(qū)動方向的旋轉(zhuǎn)。類似地，平面內(nèi)陀螺儀182被以相對于Y-軸線194成負(fù)45度角驅(qū)動并且對沿Z-軸本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種單驅(qū)動多軸線MEMS陀螺儀，包括：第一和第二組驅(qū)動質(zhì)量，其配置為被驅(qū)動成在第一驅(qū)動方向上相對于彼此的振蕩運動；和一組接合部，該組接合部連接至該第一和第二組驅(qū)動質(zhì)量中的至少一個，該組接合部被配置成將第一驅(qū)動方向上的運動傳遞為陀螺儀的檢驗質(zhì)量的驅(qū)動運動，該驅(qū)動運動相對于該第一驅(qū)動方向成角度，其中該角度正交于相應(yīng)的檢測方向，該相應(yīng)的檢測方向依序正交于相應(yīng)的速率軸線(rate?axis)，從而在圍繞該相應(yīng)的速率軸線旋轉(zhuǎn)的情況下，在該相應(yīng)的檢測方向上產(chǎn)生了科里奧利力。
【技術(shù)特征摘要】
...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：L·貝爾蒂尼，A·羅基，
申請(專利權(quán))人：馬克西姆綜合產(chǎn)品公司，
類型：發(fā)明
國別省市：美國;US
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