微陀螺儀以及微陀螺儀的操作方法

2023-07-12 04:02:11

專利名稱：微陀螺儀以及微陀螺儀的操作方法
技術領域：
本發明涉及用於確定繞Z軸線轉速的微陀螺儀，其具有基底並且具有第一和第二傳感器裝置，其中每個傳感器裝置包括至少一個平行於基底安置的驅動模塊以及至少一個錨固件，所述驅動模塊藉助於該錨固件與所述基底相連。在錨固件與驅動模塊之間安置至少一個錨固彈簧以使得驅動模塊沿X軸線方向能夠直線可移地且沿Y軸線和Z軸線方向不動地安裝。還提出了驅動元件，藉助於驅動元件所述驅動模塊能夠沿X軸線方向以振蕩的方式被驅動；至少一個傳感器模塊，其藉助於彈簧與驅動模塊相連以使得所述傳感器模塊沿X方向和Z方向不動地並且沿Y方向可移地與驅動模塊相連；以及用於檢測傳感器模塊沿Y軸線方向偏轉的傳感元件。
背景技術：
已知常見的微陀螺儀，其中多個相同的傳感器裝置彼此相鄰地安置並且傳感器裝置的驅動模塊彼此相連。由於一般來說設置多個傳感器模塊並且當轉速發生時偏轉，因此提供相對於僅一個傳感器裝置的可靠的數據獲取。通過比較兩個傳感器模塊的測量值，能夠得出關於所獲測量信號的正確性的結論。所述類型微陀螺儀的缺點在於在基底上彼此相鄰地安置兩個傳感器裝置需要大的安裝空間。

發明內容
因此本發明的目的是提供這樣的微陀螺儀，所述微陀螺儀可靠起作用並且能提供富餘的測量結果，允許得出測量正確性結論並且附加地同時僅要求小安裝空間。該目的通過具有權利要求1特徵的微陀螺儀以及相應的微陀螺儀的操作方法實現。根據本發明的用於確定繞Z軸線轉速的微陀螺儀包括基底以及第一和第二傳感器裝置。每個傳感器裝置具有至少一個平行於基底安置的驅動模塊以及至少一個錨固件，所述驅動模塊藉助於該錨固件與所述基底相連。藉助於至少一個在錨固件與驅動模塊之間安置的錨固彈簧，驅動模塊沿X軸線方向能夠線性移位地並且沿Y軸線和Z軸線方向不動地安裝。還設置有驅動元件與至少一個傳感器模塊，藉助於所述驅動元件驅動模塊能夠沿X軸線方向以振蕩的方式被驅動，所述傳感器模塊藉助於彈簧與驅動模塊相連以使得所述傳感器模塊沿X方向和Z方向不動地並且沿Y方向能夠移位地連接到驅動模塊。傳感器模塊沿Y軸線方向的偏轉通過傳感元件檢測。根據本發明，所述兩個傳感器裝置彼此平行地並且沿Z軸線方向彼此上下地安置。第一傳感器裝置的驅動模塊(其在本申請文件中稱為第一驅動模塊)和第二傳感器裝置的驅動模塊(其在本申請文件中稱為第二驅動模塊)藉助於連接彈簧彼此連接。當轉速出現時，通過同步地驅動兩個傳感器裝置的驅動模塊也將使得兩個傳感元件的傳感器模塊的同步偏轉。同每個傳感器模塊關聯的傳感元件因此輸出相同的信號。如果信號不匹配，則能得出例如傳感器發生損壞或傳感器受到碰撞的結論。接收的信號必須隨即被校正或棄用。本發明的顯著優點在於傳感器模塊在也安置驅動模塊的X-Y平面內偏轉。對於該傳感器不需要X-Y平面外部的安裝空間。除了根據本發明的微陀螺儀在基底上所需的小面積之外，藉助於微陀螺儀這裡可實現非常低的安裝高度。安置第一和第二傳感器裝置的兩個平面彼此間能夠非常接近，這是因為沒有部件從所述平面移出。因此根據本發明的傳感器構造非常緊湊，但是由此產生的測量依舊可靠。第一和第二驅動模塊優選地在基底上與相同的錨固件相連。因為第一和第二傳感器裝置的驅動模塊採用至少部分相同的安裝件，所以也可實現緊湊的設計。可以說，一個錨固件因此沿Z方向在多個平面上延伸。所述錨固件在一端同基底相連並且允許傳感器裝置單獨的驅動模塊在離基底不同的距離處安置。然而，每個傳感器裝置當然能夠具有專有的安裝件和錨固件。在本發明一有利實施例中，所述傳感兀件為電極對，其中一個電極以靜止方式連接到基底上，並且另一個電極安置在能夠沿Y軸線方向移位的傳感器模塊上。從而靜止的電極能夠在基底與第一傳感器裝置之間、在第一與第二傳感器裝置之間和/或在第二傳感器裝置與在第二傳感器裝置之上安置的附加層(例如微陀螺儀的蓋)之間靜止並安置。當傳感器模塊相對彼此反相操作時，特別有利的是第一傳感器裝置的電極對具有與第二傳感器裝置的電極對相反的極性。在Z轉速出現時模塊發生相反的移位的情況中，在兩個傳感器模塊彼此沿相反方向偏轉後，有利的是每個電極對也具有相反的極性。這導致了基本上地彼此相關的可比信號，以便顯示傳感器模塊的正確偏轉。為了獲得根據本發明微陀螺儀的進一步改進，附加的傳感器裝置也能同第一和第二傳感器裝置關聯。因此有利地，微陀螺儀包括與第一和第二傳感器裝置同樣構造的第三和第四傳感器裝置。所述第三和第四傳感器裝置能在第一和第二傳感器裝置的任一上再次安置，這樣不止是設置兩個平面而是設置傳感器裝置的多個平面。然而，特別有利的是第三和第四傳感器裝置在第一和第二傳感器裝置的平面內安置。基底上傳感器裝置所需的面積確實因此增加，但是信號的獲取以及驅動模塊的驅動因而得到簡化。要麼額外的轉速能夠通過附加的傳感器裝置捕捉，要麼尤其有利的是能夠實現傳感信號的進一步檢驗以及傳感器額外的耐用性。尤其是第一和第二傳感器裝置藉助於連接彈簧連接到第三和第四傳感器裝置這種情況。在一個平面內彼此相鄰安置的傳感器模塊因此相同或相反地振蕩，並且彼此對角安置的驅動模塊能夠被驅動以相同或相反地振蕩，也就是說同相或反相地振蕩。由此獲得多個能夠彼此比較或區分的傳感器信號，以這樣的方式微陀螺儀的精度顯著增加。在根據本發明用於操作根據前述微陀螺儀一個或多個特徵的微陀螺儀的方法中，確定了繞Z軸線的轉速。根據本發明，一個在另外一個上安置並且具有驅動元件的驅動模塊被驅動以同相振蕩。當基底繞Z軸線轉動時，傳感器模塊藉助科氏力隨後在相關聯的驅動模塊的平面內以反相振蕩的形式被偏轉。微陀螺儀的反相操作特別穩定並且基本上沒有內部幹擾。因此獲得非常明確的傳感器信號。對於四個傳感器裝置的情況，如果在一個平面中彼此相鄰安置的驅動模塊以及傳感器模塊被反相地移位也是有利的。所述操作模式也保證了非常可靠的傳感信號。


本發明更多的優點在接下來示意性的實施例中描述。示出了:圖1為第一傳感器裝置的示意性俯視圖，圖2為第二傳感器裝置的示意性俯視圖，圖3為通過圖1的第一傳感器裝置以及圖2的第二傳感器裝置的示意性剖視圖，圖4為另一個傳感器裝置的示意性俯視圖，圖5為圖4的剖視圖。
具體實施例方式圖1顯示了第一傳感器裝置I的示意性俯視圖。第一傳感器裝置I包括框架形驅動模塊1.2，所述驅動模塊藉助錨固彈簧1.3與錨固件40連接。錨固件40反過來連接到驅動模塊1.2下方的基底(未示出)。驅動模塊1.2通過諸如梳狀電極的驅動元件(未示出)被驅動以沿X方向振蕩/振動。在驅動模塊1.2的框架內部安置有傳感器模塊1.5。傳感器模塊1.5藉助於彈簧1.6同驅動模塊1.2連接。雖然錨固彈簧1.3允許驅動模塊1.2沿X方向的移位，但是所述驅動模塊沿Y方向和Z方向被剛性/不動地構造，彈簧1.6設計成其實際上使得傳感器模塊1.5與驅動模塊1.2 一起沿X方向移動，但是當科氏力(Coriolis force)出現時允許傳感器模塊1.5沿Y方向偏轉。彈簧1.6沿Z方向也是剛性/不動的，因此傳感器模塊1.5僅在X-Y平面內能夠移位。為了捕捉傳感器模塊1.5沿Y方向的移位，設置傳感器電極1.7和1.8。傳感器電極1.7和1.8具有相反的極性，例如，其中傳感器電極1.7為正極而傳感器電極1.8為負極。傳感器模塊1.5距相應電極的距離由於傳感器模塊1.5沿Y方向的移位而變化，藉此產生信號變化。所述信號發生變化後，得出繞Z轉速的結論、即微陀螺儀或在上面安裝錨固件40的基底已經繞Z軸線旋轉。在驅動模塊1.2上安置有連接彈簧1.9以及連接件10。附圖1的第一傳感器裝置I藉助於連接彈簧1.9以及連接件10與附圖2的第二傳感器裝置2相連，(所述連接彈簧以及所述連接件)在驅動模塊1.2的兩側都這樣設置。特別地，連接件10將連接彈簧1.9與連接彈簧2.9連接。連接彈簧2.9反過來連接到第二傳感器裝置2的驅動模塊2.2的框架上。驅動模塊2.2也與四個錨固彈簧2.3相連，使得在錨固件40上安裝驅動模塊2.2。第二傳感器裝置2在與第一傳感器裝置I平行且與基底平行的第二平面內安置。該第二傳感器裝置就像第一傳感器裝置I那樣構造。所述第二傳感器裝置也包括位於驅動模塊2.2的框架內部中的傳感器模塊2.5，該傳感器模塊能夠在由於繞Z軸線的旋轉產生科氏力時沿Y方向偏轉。與之相反，同傳感器模塊2.5關聯的傳感器電極2.7和2.8分別具有與第一傳感器裝置I的傳感器電極1.7和1.8相反的極性。因此，傳感器電極2.7為負極而傳感器電極2.8為正極。這保證了當兩個驅動模塊1.2和2.2反相操作時，傳感器模塊1.5和2.5也反相地偏轉，並且相關的正確信號能夠輸出至分析裝置。可替代的是傳感器電極具有相同的極性。分析電子設備中相應的分析也能夠正確地處理所述信號。圖3顯示了通過兩個傳感器裝置I和2的截面。箭頭P表示驅動模塊1.2和2.2的反相移位。驅動模塊1.2和2.2沿X方向向後和向前移動。所述模塊藉助於連接彈簧1.9和2.9以及連接件10彼此連接。連接彈簧1.9和2.9交替地伸展和壓縮，而連接件10為驅動模塊1.2和2.2的同相振蕩保持靜止。本發明的又一個示意性實施例如圖4所示。該示意性俯視圖顯示了兩個傳感器裝置I和3在X-Y平面內彼此相鄰安置。所述兩個傳感器裝置I和3相應地以相同的方式構造。所述兩個傳感器裝置分別包括驅動模塊1.2和3.2以及在裝置的框架中安置的傳感器模塊2.5和3.5。彈簧1.6和3.6允許傳感器模塊1.5和3.5沿Y方向移位。驅動模塊1.2和3.2藉助於錨固彈簧1.3和3.3沿X方向與錨固件40相連。傳感器電極1.7和1.8以及3.7和3.8具有相反的極性，也就是說，傳感器電極1.7為正極並且傳感器電極3.7為負極，而傳感器電極1.8為負極性並且傳感器電極3.8為正極。因此同驅動模塊1.2和3.2的反相移位相對應的傳感器模塊1.5和3.5的反相偏轉被正確地獲知。正如圖1的示意性實施例中所示，第一傳感器裝置I也具有連接彈簧1.9。第三傳感器裝置3相應地包括連接彈簧3.9。在兩個驅動模塊1.2和3.2之間安置的連接彈簧
1.9和3.9以彼此上下的方式安置並且共用連接件10。所述兩個傳感器裝置I和3藉助於驅動器具(未示出)驅動以反相同步地振蕩。圖5中顯示了圖4的示意性實施例的剖視圖。此處明顯的是所述驅動模塊1.2和
3.2彼此反相地被驅動。這種情況適用於安置在驅動模塊下面的傳感器裝置2和4。箭頭P也顯示了彼此對角安置的傳感器裝置I和4以及傳感器裝置2和3分別相位上彼此同步地操作。具有第一和第三傳感器裝置I和3的這個平面以及具有第二和第四傳感器裝置2和4的這個平面二者藉助於連接件10彼此相連。因此保證了所述兩個平面相對於彼此的同步操作。本發明並不僅限於所示的示意性實施例。特別地，個別的模塊或電極以及錨固件和彈簧的形狀偏差可能出現在任何時間並且能夠被修改以便滿足個別的需求。
權利要求
1.一種用於確定繞Z軸線轉速的微陀螺儀，所述微陀螺儀包括 基底，以及 第一和第二傳感器裝置(1、2 )，其中每個傳感器裝置(1、2 )包括: 至少一個平行於所述基底安置的驅動模塊(1.2,2.2)， 至少一個錨固件(40)，所述驅動模塊(1.2、2.2)藉助於所述錨固件與所述基底相連， 至少一個在所述錨固件(40)與所述驅動模塊(1.2,2.2)之間安置的錨固彈簧(1.3、2.3)，所述驅動模塊(1.2,2.2)藉助於所述錨固彈簧沿X軸線方向能夠直線移位地並且沿Y軸線和Z軸線方向不動地安裝， 驅動元件，所述驅動模塊(1.2,2.2)藉助於所述驅動元件能夠沿X軸線方向以振蕩的方式被驅動， 至少一個傳感器模塊(1.5、2.5)，所述傳感器模塊藉助於彈簧(1.6、2.6)與所述驅動模塊(1.2,2.2)相連，以使得所述傳感器模塊沿Y方向能夠移位地並且沿X方向和Z方向不動地連接至所述驅動模塊(1.2,2.2)，以及 用於檢測所述傳感器模塊(1.5,2.5)沿Y軸線方向偏轉的傳感器元件， 其特徵在於， 所述兩個傳感器裝置(1、2)彼此平行地且沿Z軸線方向彼此上下地安置，並且 第一和第二驅動模塊(1.2,2.2)藉助於連接彈簧(1.9,2.9)彼此相連。
2.如前一權利要求所述的微陀螺儀，其特徵在於，所述第一和第二驅動模塊(1.2、 2.2)在所述基底上連接至相同的錨固件(40)。
3.如前述權利要求的其中一項或更多項所述的微陀螺儀，其特徵在於，所述第一和第二驅動模塊(1.2,2.2)分別為包圍所述傳感器模塊(1.5,2.5)的框架。
4.如前述權利要求的其中一項或更多項所述的微陀螺儀，其特徵在於，所述傳感元件為電極對(1.7、1.8 ;2.7、2.8)，其中一個電極以固定方式連接至所述基底並且另一個電極安置在能夠沿Y軸線方向移位的傳感器模塊(1.5,2.5)上。
5.如前述權利要求的其中一項或更多項所述的微陀螺儀，其特徵在於，所述第一傳感器裝置(I)的電極對(1.7,1.8)具有與所述第二傳感器裝置(2)的電極對(2.7,2.8)相反的極性。
6.如前述權利要求的其中一項或更多項所述的微陀螺儀，其特徵在於，所述微陀螺儀包括與所述第一和第二傳感器裝置(1、2)相同構造的第三和第四傳感器裝置(3、4)。
7.如前述權利要求的其中一項或更多項所述的微陀螺儀，其特徵在於，所述第三和第四傳感器裝置(3、4)在與所述第一和第二傳感器裝置(1、2)相同的平面內安置。
8.如前述權利要求的其中一項或更多項所述的微陀螺儀，其特徵在於，所述第一和第二傳感器裝置(1、2)藉助於連接彈簧(1.9,2.9,3.9,4.9)與所述第三和第四傳感器裝置(3、4)相連。
9.一種操作根據之前權利要求的其中一項或更多項所述的微陀螺儀以確定繞Z軸線轉速的方法，其中所述微陀螺儀具有基底以及在所述基底上安置的第一和第二傳感器裝置(1、2)，其中每個傳感器裝置(1、2)包括驅動模塊(1.2、2.2)、驅動元件、至少一個傳感器模塊(1.5,2.5)以及傳感器元件(1.7,2.7)，其特徵在於，彼此上下安置的所述驅動模塊(1.2,2.2)利用所述驅動元件被驅動以反相地振蕩，並且當所述基底繞Z軸線旋轉時，所述傳感器模塊(1.5,2.5)由於科氏力在相關驅動模塊(1.2,2.2)的平面內的反相振蕩地偏轉。
10.如前一權利要求所述的方法，其特徵在於，對於四個傳感器裝置(1、2、3、4)的情況，在一個平面內安置的相鄰的驅動模塊(1.2、3.2;2.2、4.2)以及傳感器模塊(1.5、3.5 ;.2.5、4.5)反相移位。
全文摘要
本發明涉及一種用於確定繞Z軸線轉速的微陀螺儀，具有基底和第一和第二傳感器裝置，每個傳感器裝置包括至少一個平行於基底的驅動模塊；至少一個錨固件，驅動模塊藉助於其與基底相連；至少一個錨固件與驅動模塊之間的錨固彈簧，驅動模塊藉助於其沿X軸線方向能夠線性移位地且沿Y軸線和Z軸線方向不動地安裝；驅動元件，驅動模塊藉助於其能夠沿X軸線方向振蕩驅動；至少一個傳感器模塊，傳感器模塊藉助於彈簧連至驅動模塊，以使傳感器模塊沿Y方向能夠移位地且沿X方向和Z方向不動地連至驅動模塊；以及用於檢測傳感器模塊Y軸線方向偏轉的傳感元件。兩個傳感器裝置彼此平行且在Z軸線方向彼此上下安置，第一和第二驅動模塊藉助於連接彈簧相連。
文檔編號G01C19/5733GK103175521SQ201210559808
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月20日 優先權日2011年12月23日
發明者亞歷桑德魯·羅基, 阿道夫·詹巴斯蒂亞尼 申請人:馬克西姆綜合產品公司