DE19643182A1

DE19643182A1 - Schwingungskonstruktion

Info

Publication number: DE19643182A1
Application number: DE19643182A
Authority: DE
Inventors: Ki Bang Lee; Young-Ho Cho; Ci-Moo Song
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd; Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd; Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Priority date: 1995-10-28
Filing date: 1996-10-18
Publication date: 1997-04-30
Anticipated expiration: 2016-10-19
Also published as: KR970022628A; US5780948A; DE19643182B4; JPH09178494A; KR100363247B1; JP3816996B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Schwingungskonstruktion sowie ein Verfahren zum Steuern ihrer Eigenfrequenz und insbesondere eine Schwingungskonstruktion, ein Verfahren zum Steuern ihrer Eigenfrequenz sowie einen Sensor und ein Stellglied mit einer derartigen Schwingungskonstruktion, bei denen sich eine elektrische Kraft, die in einem Schwingungs system erzeugt wird, linear mit der Versetzung eines Träg heitsgegenstandes verändert, indem eine sich bewegende Elek trode und eine die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode in bestimmten Formen ausgebildet sind und die Eigenfrequenz der Schwingungskonstruktion nach Maßgabe der anliegenden Spannung gesteuert wird.

In der jüngsten Zeit wird eine Schwingungskonstruktion für verschiedene Zwecke, beispielsweise bei einem Gyroskop, einem Sensor, wie beispielsweise einem Beschleunigungsmes ser, oder einem Stellglied verwandt. Unter diesen Anwen dungsbeispielen dient das Gyroskop als Herzstück einer Navi gationsvorrichtung für Flugkörper, hochseetüchtige Schiffe oder Flugzeuge. Ein herkömmliches Gyroskop für militärische oder aeronautische Verwendungszwecke, das aus einer Vielzahl von Bauteilen mittels eines präzisen Arbeits- und Montage verfahrens hergestellt wird, arbeitet mit einer hohen Genau igkeit. Das dabei erforderliche, mit hohen Kosten verbundene Herstellungsverfahren und die beträchtliche Größe machen ein derartiges Gyroskop jedoch für industrielle elektronische Geräte oder elektronische Geräte für den Hausgebrauch nicht verwendbar. Ein Gyroskop für den nicht industriellen Ge brauch wird gegenwärtig häufig in einer Navigationsvorrich tung für ein Kraftfahrzeug zur Erfassung seiner Beschleuni gung und seiner Winkelgeschwindigkeit oder in einem Kamera recorder oder Camcorder mit hoher Vergrößerung zur Erfassung und Korrektur des Zitterns der Hand verwandt. In medizini schen Geräten oder industriellen Instrumenten wird gleich falls ein Sensor mit einer Schwingungskonstruktion benutzt.

Fig. 1A der zugehörigen Zeichnung zeigt ein Schwin gungssystem in einer vereinfachten Form. Eine Schwingungs konstruktion 10 besteht aus einer Feder 12, die von einem Halteende 13 gehalten ist, und einem Trägheitsgegenstand 11. Wenn die Schwingungskonstruktion 10 mehrere Freiheitsgrade hat, dann kann ein äquivalentes Schwingungssystem aus mehre ren miteinander verbundenen Schwingungskonstruktionen der in Fig. 1A dargestellten Art gebildet werden. Da die Masse m und die Federkonstante k der Feder 12 konstant sind, hat die Schwingungskonstruktion 10 eine konstante Eigenfrequenz gegenüber der Amplitude, wie es in Fig. 1B dargestellt ist.

Wenn somit ein Sensor oder ein Stellglied mit der obi gen Schwingungskonstruktion 10 einmal hergestellt ist, ist es schwierig, die Eigenfrequenz der Schwingungskonstruktion frei zu ändern. Obwohl ein Metall, wie beispielsweise Sil ber, bei der Herstellung der Schwingungskonstruktion aufge bracht werden kann, um die Eigenfrequenz zu steuern, wie es in der US-PS 4 107 349 dargestellt ist, ist das Aufbringen selbst schwierig auszuführen und wird ein zusätzlicher Ar beitsvorgang zum Steuern der Eigenfrequenz nach der Herstel lung des Schwingungssystems benötigt.

Zur Lösung dieser Probleme wird vorgeschlagen, eine die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode und eine Span nungsversorgung am Schwingungssystem vorzusehen und die an der die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode liegende Spannung zu ändern, um dadurch die Eigenfrequenz zu steuern. Das heißt, daß die Eigenfrequenz des Schwingungssystems dadurch gesteuert wird, daß ein Trägheitsgegenstand als sich bewegende Elektrode verwandt wird und eine Spannung zwischen die sich bewegende Elektrode und die die effektive Steifig keit steuernde Elektrode gelegt wird, die an einem Halteende des Schwingungssystems befestigt ist, so daß in dieser Weise eine elektrische Kraft erzeugt wird. Die Eigenfrequenz des Schwingungssystems kann durch eine Änderung der Höhe der Spannung erhöht oder herabgesetzt werden.

Die Steuerung der Eigenfrequenz in einem Schwingungs system unter Verwendung einer die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode basiert auf der Annahme, daß das Ausmaß oder der Bereich der Schwingung des Trägheitsgegenstandes infinitesimal ist. Während die elastische Kraft, die am Schwingungssystem liegt, im wesentlichen in Form einer li nearen Funktion mit einer konstanten Steigung ausgedrückt werden kann, wird die elektrische Kraft, die über die die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode am Schwingungs system liegt, als nichtlineare Funktion bezüglich der Ver setzung des Trägheitsgegenstandes ausgedrückt. Der Grund dafür besteht darin, daß die elektrische Kraft, die am Schwingungssystem liegt, zwischen der sich bewegenden Elek trode, das heißt dem Trägheitsgegenstand, und der die ef fektive Steifigkeit steuernden Elektrode erzeugt wird und sich daher die Größe der elektrischen Kraft mit der Schwin gungsversetzung der sich bewegenden Elektrode ändert. Es ist somit eine Steuerung der Eigenfrequenz dadurch möglich, daß unter der Annahme einer infinitesimalen Schwingungsverset zung nur die Stärke der Spannung in einem Schwingungssystem reguliert wird. Es ist jedoch unmöglich, die Eigenfrequenz dann zu steuern, wenn die Schwingungsversetzung so groß wird, daß die obige Annahme nicht mehr zutrifft.

Um die obigen Probleme zu beseitigen, soll durch die Erfindung eine Schwingungskonstruktion geschaffen werden, die eine die effektive steuernde Elektrode oder eine sich bewegende Elektrode aufweist, der eine derartige Form gege ben ist, daß eine lineare elektrische Kraft nach Maßgabe der Schwingungsversetzung eines Trägheitsgegenstandes erzeugt wird.

Durch die Erfindung soll weiterhin ein Verfahren zum Steuern der Eigenfrequenz einer Schwingungskonstruktion geschaffen werden, bei dem einer die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode oder einer sich bewegenden Elektrode eines Schwingungssystems eine derartige bestimmte Form gege ben wird, daß eine lineare elektrische Kraft nach Maßgabe der Schwingungsversetzung eines Trägheitsgegenstandes er zeugt wird.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Sensor mit einer derartigen die effektive Steifigkeit steuernden Elek trode oder einer derartigen sich bewegenden Elektrode.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Stell glied mit einer derartigen die effektive Steifigkeit steu ernden Elektrode oder einer derartigen sich bewegenden Elek trode.

Die erfindungsgemäße Schwingungskonstruktion umfaßt dazu ein elastisches Element, dessen einer Endabschnitt mit einem ersten Halteende verbunden ist, einen Trägheitsgegen stand, der durch die elastische Kraft des elastischen Ele mentes schwingt, eine sich bewegende Elektrode, die in einer ersten bestimmten Form ausgebildet und am Trägheitsgegen stand angebracht ist, eine die effektive Steifigkeit steu ernde Elektrode, die mit einem zweiten Halteende verbunden ist und in einer bestimmten Form ausgebildet ist, und eine Spannungsversorgung zum Erzeugen einer elektrischen Kraft zwischen der sich bewegenden Elektrode und der die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode, wobei sich diese elektri sche Kraft linear mit der Versetzung oder Bewegung des Träg heitsgegenstandes ändert.

Die sich bewegende Elektrode und die die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode sind insbesondere in Form von Fingern ausgebildet, die ineinander bei der Schwingung des Trägheitsgegenstandes gefügt werden, wobei die die ef fektive Steifigkeit steuernde Elektrode über eine Länge x₁ vom zweiten Halteende gekrümmt und vom Ende des gekrümmten Teils bis zum Endabschnitt der die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode linear ausgebildet ist, und wobei be züglich der Versetzung x des Trägheitsgegenstandes der Ab stand s zwischen der sich bewegenden Elektrode und dem ge krümmten Teil der die effektive Steifigkeit steuernden Elek trode gegeben ist als

wobei s ¢ den Abstand zwischen der sich bewegenden Elektrode und dem li nearen Teil der die effektive Steifigkeit steuernden Elek trode bezeichnet und s₁ den Abstand zwischen der die effekti ve Steifigkeit steuernden Elektrode am zweiten Halteende und der sich bewegenden Elektrode bezeichnet.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist die sich bewegende Elektrode in Form eines Stabes mit einem Radius r₁ ausgebil det und ist die die effektive Steifigkeit steuernde Elek trode in Form eines Hohlzylinders mit einem ringförmigen Querschnitt ausgebildet, wobei die sich bewegende Elektrode nach Maßgabe der Schwingung des Trägheitsgegenstandes in die die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode eingeführt wird und bezüglich der Versetzung x des Trägheitsgegenstan des der Unterschied s zwischen dem Radius des Innenkreises des Hohlraums der die effektive Steifigkeit steuernden Elek trode und dem Radius r_i der sich bewegenden Elektrode gegeben ist als

wobei x₁ die Gesamtlänge der die effektive Steifigkeit steu ernden Elektrode bezeichnet und s₀ und s₁ die Unterschiede zwischen dem Radius r₁ der sich bewegenden Elektrode und den Radien des Innenkreises des Hohlraums der die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode an ihrem Endabschnitt und am zweiten Halteende jeweils bezeichnen.

Die sich bewegende Elektrode und die die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode können jeweils in Form meh rerer Finger ausgebildet sein, die nach Maßgabe der Schwin gung des Trägheitsgegenstandes ineinander gefügt werden, wobei alle Finger der die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode die gleiche Länge haben und die Finger der sich bewegenden Elektrode so geformt sind, daß die Enden der Finger gerade Linien bilden, die bezüglich der Längsrichtung des längsten Fingers der sich bewegenden Elektrode symme trisch verlaufen.

Die sich bewegende Elektrode und die die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode können in Form von Platten ausgebildet sein, die in einem bestimmten Abstand vonein ander parallel zueinander montiert sind, wobei die sich bewegende Elektrode die die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode nach Maßgabe der Versetzung des Trägheitsgegen standes oder der sich bewegenden Elektrode in Form eines Dreiecks überlappt.

Die sich bewegende Elektrode überlappt insbesondere die die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode in Form eines gleichschenkligen Dreiecks.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Träg heitsgegenstand eine Platte mit wenigstens einem Schlitz, ist die die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode eine Platte, ist der Trägheitsgegenstand parallel und in einem bestimmten Abstand zur die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode angebracht und überlappt der Trägheitsgegenstand die die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode in Form eines Dreiecks.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Träg heitsgegenstand eine Platte mit wenigstens einem Schlitz, ist die die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode eine Platte, ist der Trägheitsgegenstand parallel in einem be stimmten Abstand zur die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode angebracht und überlappt der Schlitz des Träg heitsgegenstandes die die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode in Form eines Dreiecks.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die sich bewegende Elektrode eine Anzahl von Fingern jeweils mit einem dreieckigen Endabschnitt auf, die in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind, weist die die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode mehrere Finger auf, die in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind und werden die Finger der sich bewegenden Elektrode und der die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode nach Maßgabe der Versetzung der sich bewegenden Elektrode ineinander gefügt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern der Eigenfrequenz einer Schwingungskonstruktion mit einem ela stischen Element, dessen einer Endabschnitt mit einem ersten Halteende verbunden ist, einem Trägheitsgegenstand, der durch die elastische Kraft des elastischen Elementes schwingt, einer sich bewegenden Elektrode, die in einer ersten bestimmten Form ausgebildet und am Trägheitsgegen stand angebracht ist, einer die effektive Steifigkeit steu ernden Elektrode, die mit einem zweiten Halteende verbunden und in einer bestimmten Form ausgebildet ist, und einer Spannungsversorgung zum Erzeugen einer elektrischen Kraft zwischen der sich bewegenden Elektrode und der die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode ändert sich die elektrische Kraft linear nach Maßgabe der Versetzung des Trägheitsgegen standes und wird somit die Eigenfrequenz der Schwingungskon struktion dadurch gesteuert, daß die Spannung geändert wird, die zwischen der sich bewegenden Elektrode und der die ef fektive Steifigkeit steuernden Elektrode liegt.

Der erfindungsgemäße Sensor enthält wenigstens eine Schwingungskonstruktion, die ein elastisches Element, dessen einer Endabschnitt mit einem ersten Halteende verbunden, einen Trägheitsgegenstand, der durch die elastische Kraft des elastischen Elementes schwingt, eine sich bewegende Elektrode, die in einer ersten bestimmten Form ausgebildet und am Trägheitsgegenstand angebracht ist, eine die effekti ve Steifigkeit steuernde Elektrode, die mit einem zweiten Halteende verbunden und in einer bestimmten Form ausgebildet ist, und eine Spannungsversorgung zum Erzeugen einer elek trischen Kraft zwischen der sich bewegenden Elektrode und der die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode umfaßt.

Das erfindungsgemäße Stellglied enthält wenigstens eine Schwingungskonstruktion, die ein elastisches Element, dessen einer Endabschnitt mit einem ersten Halteende verbunden ist, einen Trägheitsgegenstand, der durch die elastische Kraft des elastischen Elementes schwingt, eine sich bewegende Elektrode, die in einer ersten bestimmten Form ausgebildet und am Trägheitsgegenstand angebracht ist, eine die effekti ve Steifigkeit steuernde Elektrode, die mit einem Halteende verbunden und in einer bestimmten Form ausgebildet ist, und eine Spannungsversorgung zum Erzeugen einer elektrischen Kraft zwischen der sich bewegenden Elektrode und der die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode umfaßt.

Ein besonders bevorzugtes erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stellgliedes umfaßt ein elastisches Element, dessen eines Ende mit einem Halteende verbunden ist, einen Trägheitsgegenstand, der durch die elastische Kraft des elastischen Elementes schwingt, eine Einrichtung, die den Trägheitsgegenstand in Schwingung versetzt und die Schwingung des Trägheitsgegenstandes erfaßt, eine sich bewe gende Elektrode, die in Form von Fingern auf einer Seite des Trägheitsgegenstandes ausgebildet ist, eine die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode, die in Form von Finger ausgebildet ist, die mit der sich bewegenden Elektrode in einandergefügt werden, und eine Spannungsversorgung zum Anlegen einer Spannung, um eine elektrische Kraft zwischen der sich bewegenden Elektrode und der die effektive Steifig keit steuernden Elektrode zu erzeugen, wobei sich diese elektrische Kraft linear mit der Versetzung des Trägheits gegenstandes ändert.

Ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfin dungsgemäßen Stellgliedes umfaßt ein elastisches Element, dessen einer Endabschnitt von einem Halteende gehalten ist, einen Trägheitsgegenstand, der in Form einer Platte ausge bildet ist, durch die elastische Kraft des elastischen Ele mentes schwingt und wenigstens einen Schlitz aufweist, eine Einrichtung zum Anregen des Trägheitsgegenstandes und zum Erfassen der Schwingung des Trägheitsgegenstandes, wenig stens eine die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode, die in Form einer Platte ausgebildet ist, parallel in einem bestimmten Abstand zum plattenförmigen Trägheitsgegenstand angebracht ist und immer den Trägheitsgegenstand in Form eines Dreiecks überlappt, und eine Spannungsversorgung zum Anlegen einer bestimmten Spannung zwischen den Trägheits gegenstand und die die effektive Steifigkeit steuernde Elek trode.

Ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfin dungsgemäßen Stellgliedes umfaßt ein elastisches Element, dessen einer Endabschnitt von einem Halteende gehalten ist, einen Trägheitsgegenstand, der in Form einer kreisrunden Platte mit wenigstens einem Schlitz ausgebildet ist und durch die elastische Kraft des elastischen Elementes ro tiert, eine Einrichtung zum Anregen des Trägheitsgegenstan des und zum Erfassen der Schwingung des Trägheitsgegenstan des und wenigstens eine die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode, die parallel in einem bestimmten Abstand zum Trägheitsgegenstand angeordnet ist und den Trägheitsgegen stand in Form eines Dreiecks überlappt.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1A eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Schwingungssystems in vereinfachter Form,

Fig. 1B in einer graphischen Darstellung die Eigenfre quenz der in Fig. 1A dargestellten Schwingungskonstruktion,

Fig. 2A in einer schematischen Ansicht ein erstes Aus führungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schwingungskonstruk tion,

Fig. 2B eine Vorderansicht eines Teils der in Fig. 2A dargestellten Schwingungskonstruktion,

Fig. 2C in einer graphischen Darstellung die elastische Kraft und die elektrische Kraft in Abhängigkeit von der Versetzung des Trägheitsgegenstandes bei der in Fig. 2A dargestellten Schwingungskonstruktion,

Fig. 2D eine schematische Ansicht einer zu der in Fig. 2A dargestellten Schwingungskonstruktion äquivalenten Schwingungskonstruktion,

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines zweiten Ausfüh rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schwingungskonstruk tion,

Fig. 4 eine schematische Ansicht eines dritten Ausfüh rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schwingungskonstruk tion,

Fig. 5A eine schematische Ansicht eines vierten Aus führungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schwingungskonstruk tion,

Fig. 5B eine Draufsicht auf einen Teil der in Fig. 5A dargestellten Schwingungskonstruktion,

Fig. 6 eine schematische Ansicht eines fünften Ausfüh rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schwingungskonstruk tion,

Fig. 7 eine schematische Ansicht eines sechsten Aus führungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schwingungskonstruk tion,

Fig. 8 eine schematische Ansicht eines siebten Ausfüh rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schwingungskonstruk tion,

Fig. 9 eine schematische Ansicht einer verallgemeiner ten Form der erfindungsgemäßen Schwingungskonstruktion,

Fig. 10 eine schematische Ansicht eines ersten Ausfüh rungsbeispiels eines Stellgliedes mit einer Schwingungskon struktion gemäß der Erfindung,

Fig. 11 eine schematische Ansicht eines zweiten Aus führungsbeispiels eines Stellgliedes mit einer Schwingungs konstruktion gemäß der Erfindung und

Fig. 12 eine schematische Ansicht eines Drehstellglie des mit einer Schwingungskonstruktion gemäß der Erfindung.

Fig. 2A zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Schwingungskonstruktion mit einer die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode in einer bestimmten Form, um eine li neare elektrische Kraft an ein Schwingungssystem zu legen.

Wie es in Fig. 2A dargestellt ist, bewegt sich ein Trägheitsgegenstand 23 in Richtung der X-Achse in einer einer X-Z-Ebene aufgrund der elastischen Kraft eines elasti schen Elementes 22, das an einem ersten Halteende 21 gehal ten ist. Eine sich bewegende Elektrode 28 ist in Form eines fingerartigen Ansatzes ausgebildet, der in einem Stück mit dem Trägheitsgegenstand 23 ausgebildet ist. Die effektive Steifigkeit steuernde Elektroden 24 sind gleichfalls fin gerförmig ausgebildet und an einem zweiten Halteende 21′ befestigt, um an den Trägheitsgegenstand 23 eine elektrische Kraft zu legen.

Die die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden 24 und die sich bewegende Elektrode 28 haben bestimmte Formen, die später im einzelnen beschrieben werden. Die sich bewe gende Elektrode 28 ist zwischen die die effektive Steifig keit steuernden Elektroden 24 mit einem bestimmten Abstand zwischen der sich bewegenden Elektrode 28 und jeder der die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden 24 eingefügt. Eine Spannungsversorgung 27 legt eine Spannung an die die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden 24 und die sich bewegende Elektrode 28. Die elektrische Kraft der Elektroden sowie die elastische Kraft des elastischen Elementes 22 liegen am Trägheitsgegenstand 23.

Fig. 2B zeigt in einer Vorderansicht Teile der die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden 24 sowie der sich bewegenden Elektrode 28, die in Fig. 2A dargestellt sind.

Wie es in Fig. 2B dargestellt ist, ist jede die effek tive Steifigkeit steuernde Elektrode 24 über eine Strecke x₁ ausgehend vom Halteende 21′ gekrümmt und vom Ende des ge krümmten Teils bis zum Endabschnitt linear ausgebildet. Eine Variable s gibt den Abstand zwischen der sich bewegenden Elektrode 28 und dem gekrümmten Teil einer die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode 24 wieder, s₀ bezeichnet den Abstand zwischen der sich bewegenden Elektrode 28 und dem linearen Teil einer die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode 24, und s₁ bezeichnet den Abstand zwischen einer die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode 24 am zweiten Halteende 21′ und der sich bewegenden Elektrode 28. s ist gegeben als Funktion in Abhängigkeit von der Versetzung x des Trägheitsgegenstandes 23, das heißt:

Wenn sich die sich bewegende Elektrode 28 um eine infi nitesimale Strecke dx bewegt, dann ist die Zunahme in der Kapazität dc zwischen der sich bewegenden Elektrode und den die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden 28 und 24 und das Maß dc/dx der daraus sich ergebenden Änderung in der Kapazität gegeben durch:

wobei ε die Dielektrizitätskonstante des Raumes zwischen der sich bewegenden Elektrode 28 und den die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden 24 ist und t die Fingerlänge in Richtung der Y-Achse bezeichnet. Wenn die von der Spannungs versorgung 27 kommende Spannung mit V bezeichnet wird, dann ergibt sich die elektrische Kraft F zwischen den Elektroden wie folgt:

Aus der obigen Gleichung ergibt sich, daß aufgrund der Tatsache, daß die elektrische Kraft F zwischen der sich bewegenden Elektrode 28 und den die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden 24 proportional zur Versetzung x des Trägheitsgegenstandes 23 bei konstanter Spannung V zunimmt, die elektrische Kraft bezüglich des Weges linear ist.

Fig. 2C zeigt in einer graphischen Darstellung die elektrische Kraft und die elastische Kraft, die dann erzeugt werden, wenn sich der Trägheitsgegenstand 23 in dem in Fig. 2A dargestellten Schwingungssystem um x versetzt. Die gera den Linien 29 und 30 mit bestimmten Steigungen geben die elektrische Kraft und die elastische Kraft wieder, wobei sich beide Linien an einer bestimmten Stelle 31 treffen. Gemäß Fig. 2C kann das Ergebnis, das dadurch erhalten wird, daß die Steigung der geraden Linie 29 von der der geraden Linie 30 abgezogen wird, als die effektive Steifigkeit des gesamten Schwingungssystems betrachtet werden. Die effektive Steifigkeit k_eff läßt sich somit berechnen als:

Aus der obigen Gleichung ergibt sich, daß die effektive Steifigkeit des Schwingungssystems proportional zum Quadrat der Spannung ist. Wenn die Spannung konstant ist, ist auch die effektive Steifigkeit konstant. Eine einfache Schwin gungskonstruktion mit einer äquivalenten effektiven Steifig keit k_eff, wie sie in Fig. 2D dargestellt ist, kann als ein derartiges Schwingungssystem dienen. Die Eigenfrequenz f_n des Schwingungssystems läßt sich berechnen als:

Die Eigenfrequenz kann somit unter Verwendung der obigen Gleichung über die Spannung gesteuert werden.

Fig. 3 zeigt eine Schwingungskonstruktion gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels mit einer zylindrischen, die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode und einer stab förmigen, sich bewegenden Elektrode, die in die die effekti ve Steifigkeit steuerende Elektrode eingeführt ist.

Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, ist ein Trägheits gegenstand 36 von einem ersten Halteelement 32 über ein elastisches Element 38 gehalten und ist eine stabförmige, sich bewegende Elektrode 35 in einem Stück mit dem Träg heitsgegenstand 36 ausgebildet. Der Querschnitt der sich bewegenden Elektrode 35 ist ein Kreis mit dem Radius r_i. Eine die Steifigkeit steuernde Elektrode 33, deren eines Ende an einem zweiten Halteende 32′ befestigt ist, ist hohl ausge bildet, so daß die sich bewegende Elektrode 35 in die die Steifigkeit steuernde Elektrode 33 eingeführt ist. Der Quer schnitt der die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode 33 ist kreisförmig. Der Durchmesser variiert längs der die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode 33 um die elek trische Kraft, die zwischen den beiden Elektroden erzeugt wird, in Abhängigkeit von der Versetzung des Trägheitsgegen standes 36 linear zu ändern.

In Fig. 3 ist der Unterschied s zwischen dem Radius des Innenkreises des Hohlraumes der die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode 33 und dem Radius r_i der Schnittfläche der sich bewegenden Elektrode 35 gegeben als:

wobei x die Versetzung des Trägheitsgegenstandes 36 bezeich net, x₁ die Gesamtlänge der die effektive Steifigkeit steu ernden Elektrode 33 bezeichnet, s₀ den Unterschied zwischen dem Innendurchmesser des Endabschnittes 34 der die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode 33 und dem Durchmesser der sich bewegenden Elektrode 35 bezeichnet und s₁ den Unter schied zwischen dem Innendurchmesser der die effektive Stei figkeit steuernden Elektrode 33 am zweiten Halteende 32′ und dem Durchmesser der sich bewegenden Elektrode 35 bezeichnet.

Dieselben Schlüsse, die anhand des Schwingungssystems von Fig. 2A gezogen wurden, können aus der obigen Gleichung gezogen werden. Das heißt, daß bei einem Schwingungssystem mit einer die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode 33 in Form eines Hohlzylinders, der die obige Gleichung er füllt, sich gleichfalls die elektrische Kraft linear mit der Versetzung des Trägheitsgegenstandes 36 ändert. Die Eigen frequenz des Schwingungssystems kann daher dadurch gesteuert werden, daß nur die an der die effektive Steifigkeit steu ernden Elektrode 33 durch die Spannungsversorgung 37 gelegte Spannung geändert wird. Die effektive Steifigkeit k_eff des in Fig. 3 dargestellten Schwingungssystems läßt sich ausdrücken als:

Fig. 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Schwingungskonstruktion, bei dem sich die elektrische Kraft linear mit der Versetzung eines Trägheitsgegenstandes än dert. Wie es in Fig. 4 dargestellt ist, ist ein Trägheits gegenstand 41 von einem ersten Halteende 47 über ein elasti sches Element 48 gehalten und sind fingerförmige, sich bewe genden Elektroden 42-45 in einem Stück mit dem Träg heitsgegenstand 41 ausgebildet. Die sich bewegenden Elek troden 42-45 sind so angeordnet und ausgebildet, daß ihre Enden eine gerade Linie bilden. Wenn angenommen wird, daß die Stelle an der die sich bewegende Elektrode 42 den Träg heitsgegenstand 41 trifft, die Basis ist, dann ist die Länge der sich bewegenden Elektroden 42-45 eine Variable l, die Länge des Trägheitsgegenstandes 41 in Richtung der Y-Achse y, die Länge der kürzesten, sich bewegenden Elektrode 45 b und die Neigung der Linie, die die Enden der sich bewegenden Elektroden 42-45 verbindet, gleich a, so daß sich dann er gibt l = ay + b. Wenn weiterhin der regelmäßige Abstand zwischen den Finger p ist und der Unterschied zwischen den Längen benachbarter Finger ap ist und beispielsweise die Länge der sich bewegenden Elektrode 45 gleich b ist, dann ist die Länge der sich bewegenden Elektrode 44 gleich b + ap.

Die effektive Steifigkeit steuernde Elektroden 46 sind in Form von Fingern gleicher Länge ausgebildet, die von einem zweiten Halteende 47′ gehalten sind. Die die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden 46 stehen mit den sich bewegenden Elektroden 42-45 in Eingriff. Die elektrische Kraft, die an diesem Schwingungssystem liegt, hängt nur von der Anzahl der in Eingriff stehenden Finger ab. Mit einem Abstand s zwischen den Fingern, einer Stärke t eines Fin gers, einer Spannung V, die von der Spannungsversorgung 49 anliegt, ist die elektrische Kraft F gegeben als:

Die effektive Steifigkeit k_eff des Schwingungssystems ergibt sich wie folgt:

Aus der obigen Gleichung ergibt sich, daß die effektive Steifigkeit des in Fig. 4 dargestellten Schwingungssystems in keiner Beziehung zur Horizontalbewegung des Trägheits gegenstandes 41 steht, und daß aufgrund der Tatsache, daß sich die elektrische Kraft linear mit der Versetzung des Trägheitsgegenstandes 41 ändert, die Eigenfrequenz dadurch gesteuert werden kann, daß die anliegende Spannung geändert wird. Ein ähnlicher Schluß kann auch für den Fall gezogen werden, daß die sich bewegenden Elektroden die gleiche Länge haben und daß sich die Länge der die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden 46 linear ändert.

Fig. 5A zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer Schwingungskonstruktion, bei der sich die elektrische Kraft linear mit der Versetzung eines Trägheitsgegenstandes än dert. Ein Trägheitsgegenstand oder eine sich bewegende Elek trode 53, die an einem ersten Halteende 51 über ein elasti sches Element 52 gehalten ist, ist in Form einer rechtecki gen oder quadratischen Platte ausgebildet, und eine die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode 54, die von einem zweiten Halteende 51′ gehalten ist, ist gleichfalls in Form einer Platte mit einem dreieckigen Abschnitt ausgebildet. Eine Spannungsversorgung 55 legt eine Spannung über die sich bewegende Elektrode 53 und die die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode 54, wodurch eine elektrische Kraft er zeugt wird. Der Trägheitsgegenstand oder die sich bewegende Elektrode 53 führt eine Bewegung oder eine Versetzung in Richtung der X-Achse innerhalb des dreieckigen Abschnittes der die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode 54 aus.

Wie es in Fig. 5B dargestellt ist, ändert sich der Bereich 56, an dem sich die sich bewegende Elektrode 53 und die die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode 54 über lappen, linear mit einer X-Achsenversetzung der sich bewe genden Elektrode 53. Wenn angenommen wird, daß der Scheitel des dreieckigen Abschnittes der die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode 54 die Basis eines ebenen Koordinaten systems ist, die Neigung einer Seite des Dreiecks gleich a ist und der Abstand in Richtung der Z-Achse zwischen der die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode 54 und der sich bewegenden Elektrode 53 gleich h ist, dann ist bei einer durch die Spannungsversorgung 55 anliegenden Spannung V die elektrische Kraft F längs der X-Achse gegeben als:

Die effektive Steifigkeit des in Fig. 5A dargestellten Schwingungssystems kann dann ausgedrückt werden als:

Aus der obigen Gleichung ergibt sich, daß sich die elektrische Kraft, die am Schwingungssystem liegt, linear mit der Versetzung der sich bewegenden Elektrode 53 ändert. Die Eigenfrequenz kann somit dadurch gesteuert werden, daß nur die anliegende Spannung geändert wird.

Die Fig. 6 und 7 zeigen ein fünftes und ein sechstes Ausführungsbeispiel von Schwingungskonstruktionen, die abge wandelte Formen der in Fig. 5A dargestellten Schwingungskon struktionen darstellen.

Wie es in Fig. 6 dargestellt ist, sind beide Seiten eines Trägheitsgegenstandes 63 über elastische Elemente 62 durch Halteenden 61 gehalten und weist der Trägheitsgegen stand 63 wenigstens einen Schlitz 64 auf. Der Trägheitsge genstand 63 ist um eine bestimmte Strecke von die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden 65 entfernt angeordnet. Jede der die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden 65 ist in Form eines Rechteckes aus Dreiecken ausgebildet, deren Basis in Berührung miteinander steht. Die Dreiecke sind vorzugsweise gleichschenklige Dreiecke. Die Basen der gleichschenkligen Dreiecke stehen insbesondere in Berührung miteinander, so daß ein Quadrat gebildet ist. Eine Span nungsversorgung 66 legt eine Spannung zwischen den Träg heitsgegenstand 63 und die die effektive Steifigkeit steu ernde Elektrode 65.

Wenn bei einer derartigen Schwingungskonstruktion der Trägheitsgegenstand schwingt, überlappt die sich bewegende Elektrode 63 die die effektive Steifigkeit steuernden Elek troden 65 in Dreiecken, die durch gestrichelte Linien wie dergegeben sind, und zwar aufgrund der Schlitze 64, die im Trägheitsgegenstand 63 ausgebildet sind. Die elektrische Kraft, die am Schwingungssystem liegt, variiert daher linear mit der Versetzung des Trägheitsgegenstandes 63.

Das in Fig. 7 dargestellt Ausführungsbeispiel ist dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme ähnlich, daß der dreieckige Abschnitt von die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden 75 die Schlitze 74 über lappt. In diesem Fall ändert sich die elektrische Kraft, die am Schwingungssystem liegt, linear mit der Versetzung des Trägheitsgegenstandes 73 in Richtung der X-Achse. Beide Seiten des Trägheitsgegenstandes 73 sind über elastische Elemente 72 durch Halteenden 71 gehalten, und der Trägheits gegenstand 73 weist wenigstens einen Schlitz 74 auf. Der Trägheitsgegenstand 73 ist um eine bestimmte Strecke von den die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden 75 getrennt angeordnet. Eine Spannungsversorgung 76 legt eine Spannung zwischen die die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden 75 und den Trägheitsgegenstand 73.

Auch das in Fig. 8 dargestellt Ausführungsbeispiel ist eine abgewandelte Ausbildungsform des in Fig. 5A dargestell ten Ausführungsbeispiels. Ein Trägheitsgegenstand 83 ist an einem ersten Halteelement 81 über ein elastisches Element 82 gehalten, und mehrere plattenförmige sich bewegende Elek troden 84 gleicher Länge sind am Trägheitsgegenstand 83 angebracht. Die Endabschnitte der sich bewegenden Elektroden 84 sind in Form von Dreiecken, vorzugsweise von gleich schenkligen Dreiecken, ausgebildet. Mehrere die effektive Steifigkeit steuernde Elektroden 85 gleicher Länge sind an einem zweiten Halteende 81′ befestigt. Die die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden 85 sind gleichfalls plat tenförmig ausgebildet und können jeweils zwischen die sich bewegenden Elektroden 84 nach Maßgabe der Schwingung des Trägheitsgegenstandes 83 eingefügt werden. Die Versetzung des Trägheitsgegenstandes 83 ist vorzugsweise so begrenzt, daß nur die dreieckigen Endabschnitte der sich bewegenden Elektroden 84 die die effektive Steifigkeit steuernden Elek troden 85 überlappen. Eine Spannungsversorgung 87 legt eine Spannung über die die effektive Steifigkeit steuernden Elek troden 85 und die sich bewegenden Elektroden 84.

Fig. 9 zeigt eine gegenüber den obigen Ausführungsbei spielen verallgemeinerte Schwingungskonstruktion. Diese Schwingungskonstruktion besteht aus einem elastischen Ele ment 102, das von einem ersten Halteende 101 gehalten ist, einem Trägheitsgegenstand oder einer sich bewegenden Elek trode 103, die an einem Ende des elastischen Elementes 102 befestigt ist, einer die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode 105, die an einem zweiten Halteende 101′ befestigt ist und einer Spannungsversorgung 104 zum Anlegen einer Spannung. Die sich bewegende Elektrode 103 oder die die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode 105 ist in einer derartigen bestimmten Form ausgebildet, daß sich die elek trische Kraft, die im Schwingungssystem erzeugt wird, mit der Versetzung des Trägheitsgegenstandes linear ändert. Wenn angenommen wird, daß die Kapazität zwischen der sich bewe genden Elektrode 103 und der die effektive Steifigkeit steu ernden Elektrode 105 gleich c, und daß c = αs² + βs + γ, ist, dann läßt sich die elektrische Kraft, die zwischen den beiden Elektroden wirkt, berechnen als

wobei α, β und γ Konstanten sind, dc/ds die Empfindlichkeit der Kapazität zwischen den beiden Elektroden bezeichnet, s den Abstand zwischen den beiden Elektroden nach Maßgabe ihrer Relativbewegungen bezeichnet und V die anliegende Spannung ist. Aus der obigen Gleichung ergibt sich, daß sich die elektrische Kraft linear mit dem Abstand s zwischen den Elektroden ändert, wenn die anliegende Spannung V konstant ist.

Die effektive Steifigkeit dieses Schwingungssystems läßt sich ausdrücken als:

Da die effektive Steifigkeit dieses Schwingungssystems sich mit der anliegenden Spannung V ändert, ergibt sich aus der obigen Gleichung, daß die Eigenfrequenz des Schwingungs systems dadurch gesteuert werden kann, daß die Höhe der anliegenden Spannung geändert wird.

Die Fig. 10 bis 12 zeigen Ausführungsbeispiele eines Stellgliedes zum Steuern der Resonanzfrequenz eines Schwin gungssystems mittels einer Spannung. Dieses Schwingungssy stem kann dazu benutzt werden, die Eigenfrequenz einer Schwingungskonstruktion zu steuern, die in verschiedene Richtungen bei einem Resonanzsensor schwingt. Eine derartige Schwingungskonstruktion kann auf einem Siliziumsubstrat durch Dünnschichttechnik ausgebildet werden.

Fig. 10 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Stellglied 309. Ein Endabschnitt eines elastischen Elementes 112 ist von einem Halteende 111 gehalten. Am anderen End abschnitt des elastischen Elementes 112 ist ein Trägheits gegenstand 113 aufgehängt. Der Trägheitsgegenstand 113 ist nach oben von einem nicht dargestellten Basissubstrat um eine bestimmte Strecke durch das elastische Elemente 112 getrennt gehalten. Fingerförmige Treiberelektroden 114 und fingerförmige, sich bewegende Elektroden 117 sind am Träg heitsgegenstand 113 ausgebildet. Der Trägheitsgegenstand 113 kann über einen nicht dargestellten Anreger zweidimensionale planare Bewegungen ausführen. Der Anreger ist mit Anregungs elektroden 116 versehen, die in einem Anregungsteil 115 ausgebildet sind, und die Anregungselektroden 116 sind in Form von Fingern ausgebildet, die zwischen die fingerförmi gen Treiberelektroden 114 eingesetzt sind, die am Trägheits gegenstand 113 ausgebildet sind. Wenn eine Spannung zwischen den Anregungselektroden und den Treiberelektroden 114 liegt, dann wird eine elektrische Kraft erzeugt, so daß der Träg heitsgegenstand 113 zweidimensional schwingt.

Die elektrische Kraft, die zwischen den Anregungselek troden 116 und den Treiberelektroden 114 erzeugt wird, ist unabhängig von der Versetzung des Trägheitsgegenstandes 113 konstant. Das ist der Fall für s₀ = s₁ in der obigen Glei chung 1, die vom Ausführungsbeispiel abgeleitet wurde, das in Fig. 2A dargestellt ist. Die Anregungselektroden 116 und die Treiberelektroden 114 als Einrichtungen zum Erfassen des Status der zweidimensionalen Schwingung des Trägheitsgegen standes 113 ausgetauscht sein.

Die die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden 118 sind an Halteenden 119 befestigt, und die Form jeder die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode ist ähnlich der der die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden, die in Fig. 2A dargestellt sind. Die die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden 118 sind in Form von Fingern ausgebil det und zwischen die sich bewegenden Elektroden 117 des Trägheitsgegenstandes 113 eingefügt. Eine Spannungsversor gung 120 legt eine Spannung zwischen die die effektive Stei figkeit steuernden Elektroden 118 und die sich bewegenden Elektroden 117, wodurch eine elektrische Kraft erzeugt wird. Da die die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden 118 bestimmte Formen haben, ändert sich die elektrische Kraft zwischen den sich bewegenden Elektroden 117 und den die effektive Steifigkeit steuernde Elektroden 118 linear mit einer Versetzung des Trägheitsgegenstandes 113.

Fig. 11 zeigt ein Stellglied 310 mit der Schwingungs konstruktion, die in den Fig. 4 und 6 dargestellt ist. Ein Trägheitsgegenstand 132 ist durch Halteenden 131 über ela stische Elemente 139 gehalten und von einem nicht darge stellten Basissubstrat um einen bestimmten Abstand getrennt angeordnet. Fingerförmige Elektroden 134 sind an beiden Seiten des Trägheitsgegenstandes 32 angebracht, und finger förmige Anregungselektroden 136 sind an Halteenden 135 ange formt und zwischen die Treiberelektroden 134 eingefügt. Eine Spannung, die zwischen den Treiberelektroden 134 und den Anregungselektroden 136 liegt, bewegt den Trägheitsgegen stand 132 längs der X-Achse. Die Treiberelektroden 134 und die Anregungselektroden 136 können als Einrichtungen zum Erfassen der Bewegung des Trägheitsgegenstandes 132 ver tauscht werden.

Schlitze 133 sind im Trägheitsgegenstand 132 ausgebil det. Die die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden 137 sind dabei am Substrat unter den Schlitzen 133 befestigt. Die die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden 137 sind Rechtecke oder Quadrate, die jeweils aus Dreiecken gebildet sind, deren Basen in Kontakt miteinander stehen. Die Dreiec ke sind vorzugsweise gleichschenklige Dreiecke. Durch eine Spannungsversorgung 138 wird eine Spannung zwischen den Trägheitsgegenstand 132 und die die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden 137 gelegt. Wenn der Trägheitsgegen stand 132 längs der X-Achse schwingt, ist der Teil, über den der Trägheitsgegenstand 132 die die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden 137 überlappt, immer dreieckig.

Fig. 12 zeigt ein Stellglied, bei dem ein Trägheits gegenstand eine Drehschwingung ausführt. Eine Trägheitsge genstand 153 ist kreisförmig ausgebildet und an Halteenden 151 in Winkelabständen von jeweils 90° über elastische Ele mente 152 gehalten. Der Trägheitsgegenstand 153 ist von einem nicht dargestellten Basissubstrat um eine bestimmte Strecke getrennt angebracht. Der Trägheitsgegenstand wird über einen nicht dargestellten Anreger in Drehschwingungen versetzt. Schlitze 154 sind im Trägheitsgegenstand 153 aus gebildet, und unter den Schlitzen 154 sind die effektive Steifigkeit steuernde Elektroden 155 am Substrat befestigt. Eine Spannungsversorgung 157 legt eine Spannung zwischen den Trägheitsgegenstand 153 und die die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden 155.

Bei diesem Ausführungsbeispiel verlaufen die Schlitze 184 unter einem Winkel von 180° zur Mitte des Trägheitsge genstandes 153 als Basis. Jede die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode 155 ist unter den Schlitzen 154 in Form eines Quadrates oder Rechteckes aus Dreiecken angeordnet, deren Basen in Kontakt miteinander stehen. Wenn der Träg heitsgegenstand 153 Drehschwingungen ausführt, dann über lappt der Trägheitsgegenstand die die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden 155 in Form eines Dreiecks.

Die Schwingungskonstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung hat viele Anwendungsformen abgesehen von der bei einem Stellglied, beispielsweise bei Sensoren, Beschleuni gungsmessern oder Gyroskopen. Wie es oben beschrieben wurde, haben die sich bewegende Elektrode und die die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden bestimmte Formen, so daß die elektrische Kraft zwischen den Elektroden sich linear mit den Versetzungen eines Trägheitsgegenstandes ändert. Die effektive Steifigkeit des Schwingungssystems wird daher durch die Versetzung des Trägheitsgegenstandes nicht beein flußt, und die Eigenfrequenz des Schwingungssystems kann einfach dadurch gesteuert werden, daß die anliegenden Span nung geändert wird. Die Empfindlichkeit oder der Arbeits bereich eines Sensors, eines Stellgliedes oder eines Be schleunigungsmessers mit einer derartigen Schwingungskon struktion kann durch einen Benutzer frei verändert werden. Es ist insbesondere bei einer biaxialen Schwingungskonstruk tion, wie beispielsweise einem Gyroskop, problemlos möglich, die Eigenfrequenzen der beiden Achsen gleich zu machen, indem einfach die anliegende Spannung geändert wird, ohne die Schwingungskonstruktion selbst verändern zu müssen.

Claims

1. Schwingungskonstruktion gekennzeichnet durch
ein erstes elastisches Element (102), dessen einer Endabschnitt mit einem ersten Halteende (101) verbunden ist,
einen Trägheitsgegenstand, der durch die elastische Kraft des elastischen Elementes (102) schwingt,
eine sich bewegende Elektrode (103), die am Trägheits gegenstand angebracht ist,
eine die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode (105), die mit einem zweiten Halteende (101′) verbunden ist, und
eine Spannungsversorgung (104) zum Erzeugen einer elek trischen Kraft zwischen der sich bewegenden Elektrode (103) und der die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode (105) derart, daß sich die elektrische Kraft linear mit der Ver setzung des Trägheitsgegenstandes ändert.

2. Schwingungskonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich bewegende Elektrode (28) und die die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden (24) fingerförmig ausgebildet und nach Maßgabe der Schwingung des Trägheitsgegenstandes (23) ineinander gefügt sind, wobei die die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden (24) über eine Strecke x₁ vom zweiten Halteende (21′) aus gekrümmt und vom Ende des gekrümmten Teils aus bis zum Endabschnitt der die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden (24) linear ausgebildet sind, und wobei bezüglich der Versetzung x des Trägheitsgegenstandes (23) der Abstand s zwischen der sich bewegenden Elektrode (28) und dem gekrümmten Teil der die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden (24) gegeben ist durch wobei s₀ den Abstand zwi schen der sich bewegenden Elektrode (28) und dem linearen Teil der die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden (24) bezeichnet und s₁ den Abstand zwischen den die effektive Steifigkeit steuernden Elektroden (24) am zweiten Halteende (21′) und der sich bewegenden Elektrode (28) bezeichnet.

3. Schwingungskonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich bewegende Elektrode (35) stab förmig mit einem Radius r_i ausgebildet ist, und daß die die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode (33) hohlzylin drisch mit einer ringförmigen Querschnittsfläche ausgebildet ist, wobei die sich bewegende Elektrode (35) in die die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode (33) nach Maßgabe der Schwingung des Trägheitsgegenstandes (36) eingefügt ist, und wobei bezüglich der Versetzung x des Trägheitsgegenstan des (36) der Unterschied s zwischen dem Radius des Innen kreises des Hohlraumes der die effektive Steifigkeit steu ernden Elektrode (33) und dem Radius r_i der sich bewegenden Elektrode (35) gegeben ist als wobei x₁ die Gesamtlänge der die effektive Steifigkeit steu ernden Elektrode (33) bezeichnet und s₀ und s₁ die Unter schiede zwischen dem Radius r_i der sich bewegenden Elektrode (35) und den Radien des Innenkreises des Hohlraumes der die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode (33) an ihrem Endabschnitt und an ihrem zweiten Halteende jeweils bezeich nen.

4. Schwingungskonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich bewegende Elektrode (42-45) und die die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode (46) je weils in Form von mehreren Fingern ausgebildet sind, die nach Maßgabe der Schwingung des Trägheitsgegenstandes (41) ineinander gefügt sind, wobei alle Finger der die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode (46) die gleich Länge haben und die Finger der sich bewegenden Elektrode (42-45) so geformt sind, daß die Enden der Finger gerade Linien bilden, die linearsymmetrisch bezüglich der Längsrichtung des läng sten Fingers (42) der sich bewegenden Elektrode (42-45) sind.

5. Schwingungskonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich bewegende Elektrode (53) und die die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode (54) plat tenförmig ausgebildet und in einem bestimmten Abstand von einander parallel zueinander angeordnet sind, wobei die sich bewegende Elektrode (53) die die effektive Steifigkeit steu ernde Elektrode (54) nach Maßgabe einer Versetzung des Träg heitsgegenstandes oder der sich bewegenden Elektrode (53) in Form eines Dreiecks (56) überlappt.

6. Schwingungskonstruktion nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die sich bewegende Elektrode (53) die die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode (54) in Form eines gleichschenkligen Dreiecks überlappt.

7. Schwingungskonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägheitsgegenstand (63) eine Platte mit wenigstens einem Schlitz (64) ist, die die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode (65) eine Platte ist, der Trägheitsgegenstand (63) in einem bestimmten Abstand par allel zur die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode (65) angeordnet ist und der Trägheitsgegenstand (63) die die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode (65) in Form eines Dreiecks überlappt.

8. Schwingungskonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägheitsgegenstand (73) eine Platte mit wenigstens einem Schlitz (74) ist, die die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode (75) eine Platte ist, der Trägheitsgegenstand (73) in einem bestimmten Abstand par allel zu der die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode (75) angeordnet ist und der Schlitz (74) des Trägheitsgegen standes (73) die die effektive Steifigkeit steuernde Elek trode (75) in Form eines Dreiecks überlappt.

9. Schwingungskonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich bewegende Elektrode (84) mehre re Finger jeweils mit einem dreieckigen Endabschnitt umfaßt, die in einem bestimmten Abstand voneinander getrennt ange ordnet sind, die die effektive Steifigkeit (85) mehrere Finger umfaßt, die in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind und die Finger der sich bewegenden Elektrode (84) und der die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode (85) nach Maßgabe der Versetzung der sich bewegenden Elek trode (84) ineinander gefügt sind.

10. Verfahren zum Steuern der Eigenfrequenz einer Schwingungskonstruktion, die ein elastisches Element, deren einer Endabschnitt mit einem ersten Halteende verbunden ist, einen Trägheitsgegenstand, der durch die elastische Kraft des elastischen Elementes schwingt, eine sich bewegende Elektrode, die in einer ersten bestimmten Form ausgebildet und am Trägheitsgegenstand angebracht ist, eine die effekti ve Steifigkeit steuernde Elektrode, die mit einem zweiten Halteende verbunden und in einer zweiten bestimmten Form ausgebildet ist, und eine Spannungsversorgung zum Erzeugen einer elektrischen Spannung zwischen der sich bewegenden Elektrode und der die effektive Steifigkeit steuernden Elek trode umfaßt, bei dem sich die elektrische Kraft linear mit der Versetzung des Trägheitsgegenstandes ändert, so daß die Eigenfrequenz der Schwingungskonstruktion dadurch gesteuert wird, daß die Spannung verändert wird, die zwischen der sich bewegenden Elektrode und der die effektive Steifigkeit steu ernden Elektrode liegt.

11. Stellglied gekennzeichnet durch
ein elastisches Element (112), dessen eines Ende mit einem Halteende (111) verbunden ist,
einen Trägheitsgegenstand (113), der durch die elasti sche Kraft des elastischen Elementes (112) schwingt,
Einrichtungen, die den Trägheitsgegenstand (113) in Schwingung versetzen und die Schwingung des Trägheitsgegen standes (113) erfassen,
eine sich bewegende Elektrode (117), die in Form von Fingern auf einer Seite des Trägheitsgegenstandes (113) ausgebildet ist,
eine die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode (118), die in Form von Fingern ausgebildet ist, die in die sich bewegenden Elektrode (117) eingefügt sind, und
eine Spannungsversorgung (120) zum Anlegen einer Span nung, um eine elektrische Kraft zwischen der sich bewegenden Elektrode (117) und der die effektive Steifigkeit steuernden Elektrode (118) zu erzeugen,
wobei sich diese elektrische Kraft linear mit der Ver setzung des Trägheitsgegenstandes (113) ändert.

12. Stellglied gekennzeichnet durch ein elastisches Element (139), dessen einer Endab schnitt von einem Halteende (131) gehalten ist,
einen Trägheitsgegenstand (132), der in Form einer Platte ausgebildet ist, durch die elastische Kraft des ela stischen Elementes (139) schwingt und wenigstens einen Schlitz (133) aufweist,
Einrichtungen zum Anregen des Trägheitsgegenstandes (132) und zum Erfassen der Schwingung des Trägheitsgegen standes (132),
wenigstens eine die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode (137), die in Form einer Platte ausgebildet ist, in einem bestimmten Abstand parallel vom Trägheitsgegenstand (132) angeordnet ist und den Trägheitsgegenstand (132) immer in Form eines Dreiecks überlappt,
und eine Spannungsversorgung (138) zum Anlegen einer bestimmten Spannung zwischen den Trägheitsgegenstand (132) und die die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode (137).

13. Stellglied gekennzeichnet durch
ein elastisches Element (152), dessen einer Endab schnitt von einem Halteende (151) gehalten ist,
einen Trägheitsgegenstand (153), der in Form einer Kreisplatte ausgebildet ist, wenigstens einen Schlitz (154) aufweist und durch die elastische Kraft des elastischen Elementes (152) rotiert,
Einrichtungen zum Anregen des Trägheitsgegenstandes (153) und zum Erfassen der Schwingung des Trägheitsgegen standes (153) und
wenigstens eine die effektive Steifigkeit steuernde Elektrode (155), die in einem bestimmten Abstand parallel zum Trägheitsgegenstand (153) angeordnet ist und den Träg heitsgegenstand (153) in Form eines Dreiecks überlappt.