KR20090052832A - 커플링 바를 구비한 회전 속도 센서 - Google Patents
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Abstract
적어도 하나의 기재 (2) 를 포함하는 회전 속도 센서 (1) 에 있어서,
상기 기재 (2) 의 기본 영역은 카르테시안 좌표계의 x-y 평면에 평행하게 배향되며, 상기 회전 속도 센서는 프레임 (7, 8) 을 각각 포함하는 적어도 2 개의 기본 소자 (9, 10), 상기 기재에 상기 프레임을 현가하는 수단, 적어도 1 개의 지진 질량체 (3, 4, 5, 6), 및 상기 프레임 (7, 8) 에 상기 지진 질량체를 현가하는 수단 (41, 42) 을 포함하며, 하나 이상의 기본 소자를 구동하는 하나 이상의 구동 수단, 및 하나 이상의 판독 장치 (16) 를 가지며, 적어도 2 개의 기본 소자 (9, 10) 는 적어도 1 개의 커플링 바 (11, 12, 13, 14) 에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
회전 속도 센서, 자이로스코프
Description
본 발명은 청구항 1 의 전제부에 기재된 회전 속도 센서, 청구항 17 의 전제부에 기재된 회전 속도 센서의 제조 방법 및 자동차에 대한 회전 속도 센서의 용도에 관한 것이다.
일반적으로, 회전 속도 센서는 소정의 축선에 대한 시스템의 각속도를 감지하는데 이용된다. 회전 속도 센서의 주요 적용분야는 자동차 공학, 예컨대 전자식 차체 자세 안정시스템 (ESP) 또는 소위 롤오버 (rollover) 감지 수단 등의 차량 자세 제어 시스템 (vehicle movement dynamics control system) 분야이다. 이 분야의 경우, 안전의 관점에서 회전 속도 센서가 특히 요구된다.
특허문헌 US 6 230 563 B1 에는 Z축에 대한 회전 속도를 감지할 수 있는 Z축 회전 속도 센서가 개시되어 있으며, 기재의 베이스 영역은 x-y 평면 (카르테시안 좌표계) 에 평행하게 배향된다. 이 회전 속도 센서는 커플링 바에 의해 상호 연결된 2 개의 지진 질량체 (seismic mass) 를 가지며, 커플링 바는 비틀림 스프링에 의해 기재에 현가된다. 지진 질량체는 기재에 직접 현가되는데, 이 현가는 회전 속도 센서의 구동 모드 및 판독 모드 양자에 대하여 지진 질량체가 확실하게 편위할 수 있도록 구현됨으로써, 결과적으로 2 개의 진동 모드 사이에서 소망하지 않는 혼선이 발생하여, 측정에 대한 악영향을 미칠 수 있다.
특허 문헌 WO 2006/034706 A1 에는 기재에 자체적으로 현가되어 있는 프레임에 지진 질량체를 현가하는 것이 기재되어 있다. 결과적으로, 현가의 자유도가 제한될 수 있는데, 예컨대 구동 모드에서는 프레임 구조물이 지진 질량체와 함께 진동하지만, 판독 모드에서는 지진 질량체만 진동하기 때문에, 그 결과 2 개의 진동 모드 사이에서의 혼선이 대부분 방지될 수 있다. 그러나, 제안된 커플링 유닛에 의한 지진 질량체의 연결은 측정 방향에서, 예컨대 충격 (shock) 과 같은 평행 간섭 여기 (excitation) 에 대하여 민감하다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 개선, 특히 지진 질량체의 간섭 편위 및 기생 모드를 감소 또는 피하는 것에 있다.
상기 과제는 본 발명의 청구항 1 에 기재된 회전 속도 센서 및 청구항 17 에 기재된 회전 속도 센서의 제조 방법에 의해 달성된다.
본 발명은 종래 기술을 시발점으로 하는 기술적 사상에 기초하는데, 즉 회전 속도 센서는 개방형 또는 폐쇄형 프레임을 각각 포함하는 적어도 2 개의 기본 소자, 기재에 프레임을 현가하는 수단, 적어도 1 개의 지진 질량체 및 프레임에 지진 질량체를 현가하는 수단을 포함한다. 또한, 적어도 2 개의 기본 소자는 적어도 1 개의 커플링 바에 의해 서로 연결된다.
지진 질량체 및/또는 프레임의 편위를 감지하기 위하여 판독 장치가 제공되는 것이 바람직하며, 이에 따라 지진 질량체 및/또는 프레임은 적어도 하나의 판독 장치에 각각 할당된 적어도 하나의 편위 감지 수단을 갖는다.
커플링 바의 연결부는 기본 소자의 각 부재, 예컨대 지진 질량체, 프레임 및/또는 현가장치 요소/스프링 요소에 형성되는 것이 유리하다.
여기서, 기재는 회전 속도 센서의 하우징 부재 및/또는 베이스 본체 및/또는 캐리어 본체로 이해될 수 있으며, 특히 회전 속도 센서를 형성하는 웨이퍼의 본질적으로 구조화되지 않은 부분으로 이해될 수 있다. 기재는 특히 결정질 또는 다결정질 규소로 구성되거나, 1 종 이상의 반도체 소재 및/또는 금속(들) 으로 이루어진 하나 이상의 층을 포함하는 것이 바람직하다.
프레임은, 특히 적어도 3 개의 측면에서 하나 이상의 지진 질량체를 포위하고, 특히 바람직하게는 본질적으로 직각인 내측 둘레 및 외측 둘레를 갖는 개방형 및/또는 폐쇄형 프레임으로 이해될 수 있다. 프레임은 적어도 하나의 지진 질량체를 평면에 대하여 적어도 부분적으로 포위하는 것이 특히 바람직하다.
스프링 요소는 비틀림 스프링 요소 또는 나선형 스프링 요소 또는 가요성이 있고 비틀림성을 받을 수 있는 스프링 요소가 바람직하다.
구동 모드 또는 1차 모드는, 회전 속도 센서의, 특히 적어도 2 개의 기본 소자의 고유 모드 (natural mode), 바람직하게는 고유 진동, 특히 바람직하게는 공진 주파수를 갖는 진동으로 이해될 수 있으며, 회전 속도 센서의 기본 소자는 특히 회전 속도에 영향을 미치지 않으면서 진동한다.
판독 모드 또는 2차 모드는, 바람직하게는 회전 속도 및 코리올리 힘과 관련된 효과에 기초하여 발생하는 고유 모드로 이해될 수 있다.
회전 속도 센서는 표면 마이크로 기계공학에 의해 제조되는 것이 바람직하다. 이 경우, 그 구조는 다이아프램 소재, 특히 규소로, 특히 바람직하게는 본질적으로 그 다이아프램을 수직으로 통하는 이방성 건식 에칭을 이용하여 에칭된다. 다이아프램의 베이스 영역의 평면은 본질적으로 기재 표면으로 확장된다. 다이아프램이 그 아래쪽 기재에 영구적으로 연결되는 위치에서, 연결점이 형성되고, 이 위치에 스프링 요소 또는 비가동성 구조물이 차례로 부착된다. 그 결과, 스프링에 현가된 강체가 자유롭게 진동할 수 있다. 연결점은 절연층에 의해 전기적으로 상호 절연되어 외측으로부터 접촉되는 것이 특히 바람직하다.
기재는 규소로 이루어지는 것이 유리하며, 다이아프램은, 특히 도전성 다결정 규소 또는 결정성 규소로 이루어진다.
기재 평면 또는 기재의 베이스 영역은 카르테시안 좌표계의 x-y 평면에 평행하게 배향되는 것이 바람직하다. 이 좌표계의 z 축은 기재 평면에 수직으로 연장된다. 특히, 좌표축은 회전 속도 센서의 구성요소의 배치 및 편성에 대하여 평행하게 이동 가능하다.
구동 수단은 2 개의 빗살부를 갖춘 빗살형 구동부로 이해되는 것이 바람직하며, 2 개의 빗살부는 하나가 다른 하나에 끼워지며, 그 중 하나는 적어도 하나의 기본 소자에 연결되며 나머지 하나는 기재에 연결된다. 이들 빗살부에 상이한 전압을 인가함으로써, 빗살부를 서로에 대하여 이동시키는 것이 가능하다. 특히, 하나 이상의 구동 수단을 이용하여 구동 모드가 발생한다.
판독 장치는 적어도 2 개의 전극 또는 커패시턴스에 있어서의 조합으로 커패시턴스/커패시턴스의 변화 및/또는 상호간의 포텐셜 차이가 측정되는 기타 전기/전자적 요소를 갖는 장치로 이해되는 것이 바람직하다. 특히, 이러한 판독 장치는 하나가 다른 하나에 끼워지며 본질적으로 전기적으로 상호 절연된 빗살형 구조를 가지며, 이 빗살형 구조 중 하나는 기본 소자, 특히 바람직하게는 프레임 및/또는 하나 이상의 지진 질량체, 및/또는 커플링 바에 부착되며, 다른 하나는 기재에 부착된다. 대안으로 또는 추가적으로, 특히 판독 장치는 한 쌍의 전극을 갖는다.
적어도 하나의 구동 수단은 적어도 2 개의 기본 소자를 y 방향으로 구동하는 것이 유리하며, 회전 속도 센서는 x 축 및/또는 z 축에 대한 회전 속도를 감지할 수 있도록 구성된다. 이러한 구성은, 코리올리 힘에 의해 발생하는 지진 질량체의 편위를 감지하는 것이 가능하기 때문에, 측정 기술의 관점에서 특히 바람직하다. 코리올리 힘은 구동 방향에 수직으로, 회전축에 수직으로 작용한다.
커플링 바는 적어도 하나의 스프링 요소에 현가되며, 이 스프링 요소는 기재에 현가 및/또는 클램핑 및/또는 부착되어 이 기재와 적어도 하나의 연결점, 특히 바람직하게는 2 개의 연결점을 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우, 이 스프링 요소는 커플링 바의, 특히 무게 중심에 대한 병진 편위가 방지되도록 클램핑 및 구현된다. 이러한 조치는 몇몇 경우의 측정시에 상당한 역효과를 미치는 간섭 편위/진동을 방지 및/또는 억제한다.
대안으로 및/또는 추가적으로, 커플링 바가 현가되어 있는 스프링 요소는 기재와 상이한 회전 속도 센서의 부재 또는 본체에 연결점을 갖는 것이 유리하다.
커플링 바는 본질적으로 그 무게 중심에 대하여 적어도 하나의 스프링 요소에 현가되는 것이 바람직하다. 특히, 동시에 이 무게 중심은 커플링 바의 길이에 대한 중심점이다.
커플링 바가 현가되는 스프링 요소는 z 축 및/또는 x 축에 대한 커플링 바의 회전 편위를 허용하는 비틀림 스프링이 유리하다. 특히, 이 비틀림 스프링은 x 및/또는 y 및/또는 z 방향으로, 특히 바람직하게는 3 가지 공간 방향으로 강성적 디자인이다. 결과적으로, 커플링 바의 자유도는 목표하는 방식으로 감소하며, 지진 질량체의 간섭 편위 및/또는 간섭 진동은 자유도가 감소한 이러한 공통 커플링에 의해 감소 또는 억제될 수 있다.
커플링 바의 무게 중심은 회전 속도 센서의 무게 중심, 특히 x-y 평면에 대하여 본질적으로 일치하는 것이 바람직하다. 결과적으로, 커플링 바의 무게 중심은 지진 질량체가 진동하는 동안 정지상태를 유지한다.
커플링 바는 전술한 바와 같이 2 개 이상의 스프링 요소에 현가되는 것이 특히 바람직하다.
커플링 바는 각 단부에서, 하나 이상의 스프링 요소에 의해 또는 직접적으로, 하나 이상의 지진 질량체 및/또는 1개, 2 개 이상의 판독 장치 및/또는 하나 이상의 프레임에 연결되는 것이 유리하다. 커플링 바 및 지진 질량체 사이의 이 특수한 커플링에 의해, 간섭 진동/편위가 방지 또는 억제되도록 운동을 유도 및/또는 추가적인 자유도를 제한하는 것이 가능하다. 따라서, 판독 모드 및/또는 구동 모드의 간섭 편위 또는 간섭 진동이 방지 또는 감소한다.
지진 질량체는 비틀림 축선에 대하여 편위가능하도록 각각 현가되는 것이 바람직하며, 이 비틀림 축선은 본질적으로 구동 방향과 평행하다. 결과적으로, 구동 모드가 판독 모드에 영향을 미치는 것을 방지하는 것이 가능하다. 따라서, 이들 모드 사이의 혼선이 방지된다.
2 개 이상의, 특히 모든 지진 질량체는 각각의 프레임을 지나는 평면의 외측 및/또는 직육면체 외측에 z 방향으로 놓이는 무게 중심을 갖는 것이 바람직하다. 특히 바람직하게는, 각각의 지진 질량체의 한 측면이, 더욱 바람직하게는 하측면이 z 방향으로 볼록한 디자인이다. 결과적으로, 예컨대 z 축에 대한 회전 속도를 감지하는 것이 가능한데, 이미 이탈한 무게 중심으로 인하여 힘 성분이 여전히 z 방향으로 작용하기 때문에, 이 회전 속도는 프레임 평면 방향으로 작용하는 코리올리 힘을 유발한다.
각각의 지진 질량체에 판독 장치를 할당하는 것이 유리하며, 결과적으로 신호 평가 및/또는 신호 처리에 대하여 지진 질량체의 편위/진동을 개별적으로 고려할 수 있다.
감지된 회전 속도는 본질적으로 기본 소자의 개별 지진 질량체에 각각 할당된 판독 장치의 신호차, 및 상이한 기본 소자에 할당된 판독 장치의 신호차로부터 결정되는 것이 바람직하다.
회전 속도 센서는 x 축에 대한 회전 속도를 감지할 수 있으며, 기본 소자는 y 방향으로 구동되도록 구현되는 것이 바람직하며,
- 기본 소자의 프레임은 본질적으로 x 방향 및 z 방향으로 강성적이며 y 방향으로 탄성적인 스프링 요소에 의해 기재에 각각 현가되며,
- 각각의 기본 소자의 지진 질량체는 본질적으로, 특히 y 축에 대한 비틀림 만을 허용하고 및/또는 z 방향으로 탄성적인 스프링 요소에 의해 각 프레임에 현가되며,
- 커플링 바는 특히 x 축에 대한 비틀림만을 허용하며 x 및 y 방향으로 강성적이며, 기재에 현가되어 있는 비틀림 스프링에 의해 기재에 현가되며, 상기 커플링 바는 그의 두 단부 각각에서 스프링 요소에 의해 한 기본 소자의 지진 질량체에 각각 연결된다.
회전 속도 센서는 z 축 및/또는 x 축 및 z 축에 대한 회전 속도를 감지할 수 있으며, 기본 소자는 y 방향으로 구동되도록 구현되는 것이 바람직하며,
- 기본 소자의 프레임은 본질적으로 x 방향 및 z 방향으로 강성적이며 y 방향으로 탄성적인 스프링 요소에 의해 기재에 각각 현가되며,
- 특히 바람직하게는 각각의 프레임을 지나는 평면의 외측 및/또는 직육면체 외측에 z 방향으로 놓인 무게 중심을 갖는 각각의 기본 소자의 지진 질량체는 본질적으로, 특히 y 축에 대한 비틀림만을 허용하고 및/또는 z 방향으로 탄성적인 스프링 요소에 의해 각각의 프레임에 현가되며,
- 커플링 바는, 특히 x 축에 대한 비틀림만을 허용하며 x 및 z 방향으로 강성적인 비틀림 스프링에 의해 기재에 현가되며, 본질적으로 x, y 및 z 방향으로 강성적이며 y 축에 대한 비틀림을 허용하는 비틀림 스프링에 의해 커플링 바의 별개의 부분이 두 단부 각각에서 커플링 바의 중심 부재에 연결되며, 커플링 바의 이들 2 개의 외측 별개의 부분은 스프링 요소에 의해 한 기본 소자의 지진 질량체에 각각 연결된다.
회전 속도 센서는 x 축 및 z 축에 대한 회전 속도를 감지할 수 있으며, 기본 소자는 y 방향으로 구동되도록 구현되는 것이 바람직하며,
- 기본 소자의 프레임은 본질적으로 z 방향으로 강성적이며 y 및 x 방향으로 탄성적인 스프링 요소에 의해 기재에 각각 현가되며,
- 각각의 기본 소자의 지진 질량체는 본질적으로, 특히 y 축에 대한 비틀림 만을 허용하고 및/또는 z 방향으로 탄성적인 스프링 요소에 의해 각각의 프레임에 현가되며,
- 커플링 바는, 특히 x 축 및 z 축에 대한 비틀림을 허용하며 x 및 z 방향으로 강성적인 비틀림 스프링에 의해 기재에 현가되며, 커플링 바는 그의 두 단부 각각에서 스프링 요소에 의해 한 기본 소자의 지진 질량체에 각각 연결된다.
회전 속도 센서는 특히 추가적인 MEMS 모듈 및/또는 특히 집적회로로 된 적어도 하나의 전자 신호 처리 회로와 연결 및/또는 상호작용하는 기계/전자적 수단을 구비한 마이크로 전기 기계 시스템 (MEMS) 또는 MEMS 모듈로서 구현되는 것이 바람직하다.
대안으로, 회전 속도 센서의 기본 소자는 특히 프레임을 갖지 않는 중실형 지진 질량체로서 구현되는 것이 바람직하다. 지진 질량체 및 기본 소자의 이러한 실시예는 특히 회전 속도 센서의 모든 실시예와 특히 바람직한 방식으로 관련된다.
또한, 본 발명은 회전 속도 센서의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 결정질 규소 또는 금속(들) 및/또는 반도체 소재의 하나 이상의 층으로 이루어진 기재로부터 마이크로기계 시스템을 제조하는 제조 공정에 의해 마이크로기계 요소가 형성되며, 특히 상기 바람직한 실시예와 관련된 회전 속도 센서는 적어도 부품 (in parts) 으로 형성된다.
본 발명에 따른 회전 속도 센서는 자동차, 특히 차량 제어 시스템에 제공된다.
상기 회전 속도 센서는 상응하는 신호 처리 수단을 이용하여 하나 이상의 회전 가속도 및/또는 하나 이상의 회전 속도를 취득하기 위하여 상이한 영역에도 이용될 수 있다. 이 경우, 차량 및 자동화 기술, 특히 차량 및 항공기, 특히 상응하는 각각의 제어 시스템에 이용되는 것이 바람직하다. 예를 들어, ESP 등의 차량 제어 시스템에서 요레이트 (yaw rate) 및/또는 요가속도 센서로서 회전 속도 센서를 이용하는 것이 특히 바람직하다.
이하의 실시예는 종속항에 기재된 것이며, 이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1 은 기재에 현가되어, 구동 모드의 기생 모드를 억제하는 커플링 바를 통해 연결된 2 개의 지진 질량체를 갖는 회전 속도 센서의 실시예를 나타내며,
도 2 는 커플링 바가 x 축에 대하여 비틀릴 수 있는 회전 속도 센서의 예 및 커플링 바의 스프링 요소에 의한 지진 질량체에 대한 연결을 나타내며,
도 3 은 지진 질량체 및 커플링 바 사이의 스프링 연결의 예시도이며,
도 4 는 프레임이 없는 지진 질량체를 구비한 z 축 회전 속도 센서의 예시도이며,
도 5 는 프레임이 없는 지진 질량체를 구비한 x-z 축 회전 속도 센서의 예시도이며,
도 6 은 각각 비틀림 스프링 및 나선 스프링에 의해 프레임에 현가된 지진 질량체를 구비한 기본 소자의 2 가지 예시도이며,
도 7 은 상이한 회전 속도가 작용할 때의 힘 및 편위를 나타내는 기본 소자의 예시도이며,
도 8 은 2 개의 지진 질량체를 구비한 기본 소자의 예시도로서, 이들 지진 질량체에 대한 x 축 회전 속도 및 z 축 회전 속도의 영향이 도시되어 있으며,
도 9 는 무게 중심이 이탈한 지진 질량체 및 회전 속도가 발생할 때의 힘의 관계를 나타내는 예시도이며,
도 10 은 무게 중심이 이동한 2 개의 지진 질량체를 구비한 기본 소자 및 회전 속도가 발생할 때의 힘의 관계를 나타내는 예시도이며,
도 11 은 예시적 기본 소자의 위상과 관련된 각종 신호 프로파일의 예시도이며,
도 12 는 각각 프레임이 있는 지진 질량체 및 프레임 없는 중실형 지진 질량체를 구비한 기생 구동 모드를 억제하기 위한 회전 속도 센서의 2 개의 예시도이 며,
도 13 은 기본 소자 하나에 각각 2 개의 지진 질량체를 구비한 x 축 회전 속도 센서의 예시도이며,
도 14 는 4 개의 지진 질량체 및 분할된 커플링 바를 구비한 x-z 축 회전 속도 센서의 예시도이며,
도 15 는 x 및 z 축에 대하여 비틀림 가능하도록 현가된 커플링 바를 구비한 x-z 축 회전 속도 센서의 예시도이며,
도 16 은 커플링 바가 각각의 단부에서 판독 장치의 빗살형 구조물에 직접 연결된 x-z 축 회전 속도 센서의 예시도이다.
도 1a 에는 구동 모드에서 지진 질량체 (23, 24) 의 원하지 않는 동위상 (common-phase) 편위를 방지 또는 억제하는, 회전식으로 현가되어 있는 강성 커플링 바 (11) 가 도시되어 있다. 구동 모드에서, 지진 질량체 (23, 24) 는 y 방향에서 서로에 대해 역위상 (antiphase) 으로 진동한다. 도 1b 에는 지진 질량체가 서로 멀어져가는 상태의 커플링 바의 작동 방법이 도시되어 있으며, 도 1c 에는 지진 질량체 (23, 24) 가 서로 접근하는 상태의 연결 원리가 도시되어 있다. 지진 질량체 (23, 24) 가 서로 접근하거나 멀어질 때, 커플링 바 (11) 는 특히 z축에 대하여 회전식으로 편위된다. 도 1d 에는 지진 질량체 (23, 24) 가 동일한 방향으로 이동하는 경우의 커플링 바 (11) 의 작동 방법이 도시되어 있으며, 예컨대 이 경우 2 개의 지진 질량체는 간섭으로 인하여 y 방향 좌측으로 움직인다. y 방향으로 강성적인 현가 수단 때문에, 이러한 움직임은 바 요소 (11) 에 의해 억제 또는 방지된다. 도 1a ~ 도 1d 에서, 지진 질량체는, 예컨대 추가예 (미도시) 에서와 같이 프레임에 직접 현가되지 않고, 기재에 직접 현가되어있다.
도 2 에 따른 실시예에서, 커플링 바 (11) 는 x 축에 대하여 회전 편위될 수 있도록 현가된다. 이 경우, 커플링 바 (11) 는 무게 중심 및 대칭점에 대해 현가되며, 이 무게 중심은 회전 속도 센서의 무게 중심과 본질적으로 일치한다. 결과적으로, 회전 속도가 감지될 때 커플링 바 (11) 는 그 무게 중심에 대하여 본질적으로 정지상태를 유지한다. 지진 질량체 (23, 24) 는, 예컨대 기재에 직접 현가된다. 스프링 요소 (31, 32) 는 2 개의 지진 질량체 (23, 24) 및 커플링 바 (11) 사이에서 반대 방향으로의 비틀림 편위가 가능하도록 구성 및 실시된다. 구동 방향은 y 방향 (카르테시안 좌표계에 대응) 을 향한다.
도 2 에 따른 한 실시예 (미도시) 에서, 지진 질량체는 자체적으로 스프링 요소에 의해 기재에 각각 현가되어 있는 프레임에 각각 현가된다.
도 2 에는 스프링 요소 (31, 32) 의 예가 도시되어 있으며, 이들의 개략적인 구성은 도 3 에 도시되어 있다. 여기서, 커플링 바 (11) 가 x 축에 대하여 비틀림 편위되기 때문에, 지진 질량체 (23) 및 커플링 바 (11) 사이의 스프링 요소 (31) 는 y 및 z 방향으로 편위된다.
도 4 에는 z 자이로스코프, 즉 z 축에 대한 회전 속도를 감지할 수 있는 회전 속도 센서가 도시되어 있다. 예컨대 기재에 직접 현가되어 있는 (다른 예 (미도시) 의 경우 기재에 자체적으로 현가되어 있는 프레임에 각각 현가되어 있는) 지진 질량체 (23, 24) 는 커플링 바 (11) 에 의해 서로 연결되어 있으며, 커플링 바 (11) 는 스프링 요소 (31, 32) 에 의해 지진 질량체에 각각 연결된다. 커플링 바 (11) 는 z 축에 대하여 회전 방식으로 편위가능하지만, 이러한 현가 수단은 x 및 y 방향으로는 강성적이다. 양 질량체에 동일 방향으로 작용하는 간섭 여기 또는 간섭의 경우, 지진 질량체 (23, 24) 의 동일 방향의 원하지 않는 병진 편위 (translatory deflection) 는 커플링 바 (11) 및 이 커플링 바의 현가 수단에 의해 억제된다. 커플링 바 (11) 는 지진 질량체 (23, 24) 가 오직 역위상으로만 편위되도록 한다. 회전 속도 센서 (1) 의 실시예에서 기생 모드 (parasitic mode) 는 억제된다.
한 실시예에서 (미도시), 양 지진 질량체는 기재에 각각 자체적으로 현가되어 있는 프레임에 현가된다.
도 5 에는 x-z 자이로스코프, 즉 x 축 및 z 축에 대한 회전 속도를 측정할 수 있는 회전 속도 센서가 도시되어 있다. 커플링 바 (11) 는 판독 모드에서의 원하지 않는 진동 및 편위를 억제하는 역할을 하며, 이 경우 커플링 바 (11) 는 x 축 및 z 축에 대하여 회전 방식으로 편위될 수 있도록 현가된다. 예를 들어, 커플링 바 (11) 는 스프링 요소에 의해 기재에 현가되며, 이러한 커플링 바의 현가 수단은 본질적으로 커플링 바의 무게 중심에 작용하며, 이 무게 중심은 본질적으로 회전 속도 센서 (1) 전체의 무게 중심에 대응한다.
도 6a 및 도 6b 는 예시적 기본 소자 (9) 의 평면도이다. 이 소자들은 각각 폐쇄형 프레임 (7), 및 스프링 요소 (41, 42) 에 의해 프레임 (7) 에 각각 현 가되어 있는 지진 질량체 (3) 를 포함한다. 구동방향은 y 방향이다. 도 6a 에 도시된 기본 소자에서, 2 개의 스프링 요소 (41) 는 x, y 및 z 방향으로 강성적인 구성이며 y 축에 대한 비틀림만을 허용한다. 대안으로, 도 6b 에 도시된 기본 소자 (9) 의 2 개의 스프링 요소 (42) 는 z 방향으로만 가요적인 구성이며 그 외에는 본질적으로 자유도가 없다.
도 7a 는 도 6a 에 따른 예시적 기본 소자 (9) 의 개략적인 단면도이다. 지진 질량체 (3) 는 비틀림 스프링 요소 (41) 에 의해 프레임 (7) 에 현가되며, 이 경우 지진 질량체 (3) 는 y 축에 대하여 비틀림 편위될 수 있다. 도 7b 에는 x 축에 대한 회전 속도가 발생할 때의 상기 기본 소자 (9) 가 도시되어 있다. x 축에 대한 회전 속도는 x 방향으로 Ωx 로 도시되어 있다. y 방향의 구동 방향 및 x 축에 대한 회전 속도 (Ωx) 로 인하여, 도시된 바와 같이 z 방향으로 코리올리 힘 (Fc) 이 발생하여 z 방향으로 기본 소자 (3) 를 도시된 방식으로 편위시킨다. 여기서, 비틀림 스프링 (41) 에 의해 기본 소자 (3) 를 현가하는 수단은 y 축에 대한 비틀림 편위를 허용한다. 도 7c 에는 상기 예시적 기본 소자 (9) 에 대해 z 축에 대한 회전 속도의 발생이 또한 도시되어 있다. 이러한 회전 속도 (Ωz) 및 y 방향의 구동 방향으로 인하여, x 방향으로 코리올리 힘 (Fc) 이 발생한다. 그러나, 이 코리올리 힘 (Fc) 은 프레임 평면 (x-y 평면) 에서 작용하고, 비틀림 스프링 요소 (41) 는 x 및 y 방향으로 강성적으로 구성되어 있기 때문에, 상기 코리올리 힘에 의한 지진 질량체 (3) 의 편위가 유발되지 않는다.
도 8a 에는 예시적 기본 소자 (9) 의 평면도가 도시되어 있으며, 이 기본 소자는 2 개의 비틀림 스프링 요소 (41) 에 의해 각각 프레임 (7) 에 현가되어 있는 2 개의 지진 질량체 (3, 4) 를 포함한다. 이 비틀림 스프링 요소 (41) 는 본질적으로 지진 질량체 (3, 4) 가 y 축에 대하여서만 비틀림 편위하도록 구현된다.
대안적인 실시예에서 (미도시), 지진 질량체는 z 방향으로의 편위만을 허용하는 도 6b 에서와 같은 스프링 요소, 즉 나선형 스프링에 현가된다.
도 8b 에는 도 8a 에 따른 기본 소자의 실시예의 편위되지 않은 상태의 개략적인 단면이 도시되어 있다. 도 8c 에는 x 축에 대한 회전 속도 (Ωx) 가 발생할 때의 지진 질량체 (3, 4) 의 편위가 도시되어 있다. 구동 방향 (y 방향) 및 회전 속도 (Ωx) 로 인하여, z 방향으로 코리올리 힘 (Fc) 이 발생하고, 그 결과 2 개의 지진 질량체 (3, 4) 가 z 방향으로 동일한 배향으로 편위된다. 이 경우, 지진 질량체 (3, 4) 를 프레임 (7) 에 현가시키는 비틀림 스프링 요소 (41) 가 각각 y 축에 대하여 비틀리게 된다. 도 8d 에는 z 축에 대한 회전 속도 (Ωz) 로 인한 코리올리 힘 (Fc) 의 상기 예시적 기본 소자에 대한 효과가 도시되어 있다. 프레임 (7) 이 위치한 x-y 평면에서 코리올리 힘이 작용하는 방향, 및 이 방향으로 강성적으로 구성된 현가 수단으로 인하여, 지진 질량체 (3, 4) 는 편위되지 않는다.
도 9a ~ 도 9c 에는 또 다른 기본 소자의 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 지진 질량체 (3) 는 편위되지 않은 상태에서 그 지진 질량체 (3) 의 무게 중심 (50) 이 프레임이 놓인 평면의 외부 또는 프레임 본체가 놓인 공간의 외부에 위치하도록 각각 구성된다. 예를 들어, 지진 질량체 (3) 는 상기 무게 중심 (50) 이 z 방향으로 프레임 영역 아래쪽에 놓이도록 구성된다. 지진 질량체 (3) 는 본질적으로 한 종류의 소재로 균질하게 구성되며, 지진 질량체 (3) 의 하측은 볼록한 디자인이며, 평평한 상측에 대한 무게 중심 (50) 은 현가 지점으로부터 본질적으로 45°의 각도로 이동되어 있다. 일 측에서, 지진 질량체 (3) 는 y 축에 대한 비틀림을 허용하는 2 개의 비틀림 스프링 요소 (41) 에 의해 프레임 (7) 에 현가된다. 도 9a 에는 지진 질량체 (3) 의 무게 중심이 이탈함으로 인하여 x 방향으로 작용하는 코리올리 힘 (Fc) 이 y 축에 대하여 토크를 생성하는 것이 도시되어 있다. 도 9b 에는 z 축에 대한 회전 속도 (Ωz) 로 인해 야기된 z 방향으로의 지진 질량체 (3) 의 하향 편위가 도시되어 있다. 이 회전 속도 (Ωz) 및 y 방향으로의 구동 방향은 x 방향으로 코리올리 힘 (Fc) 을 유발하며, 이 코리올리 힘은 도 9a 에서처럼 y 축에 대한 토크를 발생시킨다. 도 9c 에는 x 축에 대한 회전 속도 (Ωx) 로 인해 야기된 z 방향으로의 지진 질량체 (3) 의 상향 편위가 도시되어 있다. 이 회전 속도 및 y 방향으로의 구동 방향은 z 방향으로 코리올리 힘을 유발하며, 이 코리올리 힘은 지진 질량체 (3) 를 편위시킨다.
도 10a ~ 도 10c 에는 도 9 의 지진 질량체 (3) 에 따라 구성된, 즉 볼록한 측면을 가지며 무게 중심이 이탈하여 프레임 평면 (x-y 평면) 에 대하여 하방으로 45°회전한 2 개의 지진 질량체 (3, 4) 를 포함하는 예시적 기본 소자가 도시되어 있다. 지진 질량체 (3, 4) 는 일 측에서 2 개의 비틀림 스프링 요소 (41) 에 의해 각각 프레임 (7) 의 우측 및 좌측에 현가된다. 이 경우, 편위되지 않은 상태에서 기본 소자는 기본 소자 (3, 4) 사이의 중심을 지나는 평면에 대해 대칭이며, 프레임이 놓인 평면 (x-y 평면) 에 대하여 수직이다. 도 10a 에는 회전 속도 (Ωz) 에서 z 축에 대해 발생하는 힘이 도시되어 있다. 지진 질량체 (3, 4) 가 y 방향으로 구동하기 때문에, 회전 속도 (Ωz) 는 x 방향으로 코리올리 힘 (Fc) 을 유발한다. 각각의 무게 중심 (50) 은 프레임의 평면에 대하여 현가 지점을 중심으로 하방으로 45°회전하여 이탈하기 때문에, 편위력 (Fp) 이 발생한다. 이 힘은 좌측 지진 질량체 (3) 가 상방으로 움직일 때, 그리고 우측 지진 질량체 (4) 가 하방으로 움직일 때 작용한다. 따라서, 지진 질량체 (3, 4) 는 도 10b 에 도시된 바와 같이 상호 역방향으로 편위된다. 도 10c 에는, x 축에 대한 회전 속도 (Ωx) 가 발생함으로 인하여, 지진 질량체 (3, 4) 가 동일 방향으로, 즉 동일하게 z 방향 상방으로 편위되는 것이 도시되어 있다. 이러한 편위는 지진 질량체 (3, 4) 가 y 방향으로 구동되고, x 방향으로 회전 속도 (Ωz) 가 발생하여, 코리올리 힘 (Fc) 이 양 지진 질량체에 z 방향 상방으로 작용하는 결과로 생기는 것이다.
지진 질량체의 무게 중심이 편위될 수 있는 비틀림축선이 구동축과 평행하고 기재의 평면에 있는 경우, 구동 모드에서의 프레임의 운동 또는 구동으로 인한 지진 질량체의 편위가 방지된다. 그렇지 않은 경우, 또 비틀림축선이 구동축선과 수직으로 배향되는 경우, 구동 모드에서 지진 질량체는 바람직하지않게 z 방향으로 편위되거나 z 방향으로 진동한다.
도 9 및 도 10 에 대한 대안적인 실시예 (미도시) 에서, 지진 질량체는 z 방향 으로 탄성을 갖는 나선형 스프링 요소 (도 6b) 에 각각 현가된다.
도 11 에는 정상 상태에서의 z 축에 대한 회전 속도를 위하여 도 10a 에 따른 예시적 기본 소자의 위상과 관련된 다양한 신호 프로파일의 예가 도시되어 있다. 도 11a 에는 위상에 따른 여기 진폭 프로파일이 도시되어 있으며, 도 11b 에는 위상에 따른 x 방향으로의 상대적 코리올리 힘의 진폭 프로파일이 도시되어 있으며, 도 11c 에는 우측 지진 질량체의 (휴지 상태에 대한) 상대적 z 진폭이 도시되어 있으며, 도 11d 에는 좌측 지진 질량체의 (휴지 상태에 대한) 상대적 z 진폭이 도시되어 있으며, 도 11e 에는 좌측 및 우측 지진 질량체의 커패시턴스 신호의 차이를 나타내는 위상에 따른 상대적 커패시턴스 신호 프로파일이 도시되어 있다.
도 12 에는 회전 속도 센서 (1) 의 2 개의 실시예, 및 비틀림 스프링에 의해 z 축에 대하여 비틀릴 수 있으며 기재에 y 방향으로 강성적으로 현가되어 있는 커플링 바 (11) 에 의해 구동 모드에서 y 방향으로 진동하는 이 센세의 질량체가 도시되어 있다. 커플링 바 (11) 의 이러한 현가는 구동 모드의 기생 모드를 억제한다. 도 12a 에서, 지진 질량체 (23, 24) 는 미앤더링 스프링 요소에 의해 y 방향으로 탄성적으로 현가되며, x 방향으로 기재 (2) 에 강성적으로 현가된다. 도 12b 는 미앤더링 스프링 요소에 의해 y 방향으로 탄성적으로 현가되며, x 방향 으로 기재 (2) 에 강성적으로 현가된 기본 소자 (9, 10) 를 나타내며, 각각의 기본 소자는 폐쇄형 프레임 (7) 을 가지며, 각각 2 개의 지진 질량체 (3, 4, 5, 6) 가 비틀림 스프링에 의해 이 기본 소자에 현가된다. 이 비틀림 스프링은 y 및 x 방향으로 강성적이며 y 축에 대하여 비틀릴 수 있기 때문에, 판독 모드에서 지진 질량체 (3, 4, 5, 6) 는 z 방향으로 편위된다.
도 13 에는 x 축 회전 속도 센서 (1), 즉 x 축에 대한 회전 속도를 감지할 수 있는 회전 속도 센서 (1) 의 실시예가 도시되어 있다. 이 센서는 스프링 요소에 의해 각각 기재 (2) 에 현가되어 있는 2 개의 기본 소자를 포함한다. 이 스프링 요소는 x 및 z 방향으로 강성적이며 y 방향으로는 탄성적이다. 이 2 개의 기본 소자는 y 방향으로 여기되어, 구동 수단 (미도시) 에 의해 역위상 진동 (antiphase oscillation) 을 받게 된다. 2 개의 기본 소자는 각각 완전히 폐쇄되지 않은 프레임 (8) 을 가지며, 지진 질량체 (3, 4 및 5, 6) 는 본질적으로 y 축에 대한 비틀림 편위만을 허용하는 비틀림 스프링 요소 (41) 에 의해 각각의 프레임에 현가된다. 기본 소자의 2 개의 지진 질량체 (3, 4 및 5, 6) 는 각각 스프링 요소에 의해 커플링 바 (12) 의 한쪽 단부에 연결된다. 커플링 바는 그 무게 중심에서, 기재 (2) 에 대한 2 개의 연결점 (anchoring point) 을 갖는 비틀림 스프링 (15) 에 현가된다. 비틀림 스프링 (15) 은 x 및 z 방향으로 강성적이며 x 축에 대한 비틀림을 허용한다. 이러한 방식으로 현가되어 있는 커플링 바 (12) 에 의해 지진 질량체 (3, 4 및 5, 6) 의 측정 방향 (z 방향) 으로의 어떠한 병진 편위도 허용되지 않기 때문에, 커플링 바 (12) 의 이러한 형태의 현가는 판독 모드에서의 기생 모드를 억제한다. 대신에, 커플링 바 (12) 의 회전 편위를 통해 지진 질량체 (3, 4 및 5, 6) 의 편위가 유도된다. x 축에 대한 회전 속도가 발생할 때, 결과적으로 z 방향으로 작용하는 코리올리 힘은 각각 2 개의 기본 소자의 2 개의 지진 질량체를 z 방향으로 기본 소자에 대하여 상호 역방향으로 편위시킨다. 이 경우, 제 1 기본 소자의 2 개의 지진 질량체 (3, 4) 는, 예컨대 z 방향 상방으로 편위되며, 제 2 기본 소자의 2 개의 지진 질량체 (5, 6) 는 z 방향 하방으로 편위된다. 예를 들어, 각 지진 질량체 (3, 4, 5, 6) 는 z 방향으로의 편위를 개별적으로 감지하는 평가 유닛을 포함한다. 회전 속도의 측정 과정에서, 기본 소자의 지진 질량체 (3, 4) 의 평가 신호는 다른 기본 소자의 지진 질량체 (5, 6) 의 평가 신호로부터 차감된다. 결과적인 신호차는 회전 속도에 대한 정보를 포함하는 측정 신호이다.
도 14 에는 z 축 회전 속도 센서 (1), 즉 z 축에 대한 회전 속도를 감지할 수 있는 회전 속도 센서 (1) 의 실시예가 도시되어 있다. 이 센서는 개방형 프레임 (8) 을 갖는 두 개의 기본 소자를 가지며, 이 프레임은 x 및 z 방향으로 강성적이며 y 방향으로는 탄성적인 미앤더링 스프링 요소에 의해 각각 기재 (2) 에 현가되어 있다. 각각의 경우, 구동 수단 (미도시) 은 기본 소자를 y 방향으로의 역위상 진동을 행하도록 (구동 모드) 여기시킨다. 각각의 기본 소자는 2 개의 지진 질량체 (3, 4 및 5, 6) 를 가지며, 지진 질량체 (3, 4 및 5, 6) 는 y 축에 대하여 비틀릴 수 있으며 적어도 y 방향으로 강성적인 비틀림 스프링 요소 (41) 에 의해 프레임 (8) 에 현가된다. 기본 소자 (3, 4 및 5, 6) 는 하측이 볼록하며, 이로 인하여 각각의 무게 중심이 z 방향으로 바닥을 향하여, 각 프레임을 지나는 평면의 외부 또는 직육면체의 외부에 놓이게 된다. 이러한 기본 소자가, 예컨대 도 9 및 도 10 에 도시되어 있다. 기본 소자 (3, 4 및 5, 6) 는 커플링 바 (13) 에 의해 서로 현가된다. 커플링 바 (13) 는 기재 (2) 에 대한 연결점 (anchoring point) 을 갖는 비틀림 스프링 요소 (15) 에 현가되며, 이 현가 수단은 x 축에 대한 비틀림은 허용하지만 x 및 z 방향으로는 어떠한 편위도 허용하지 않는다. 커플링 바 (13) 는 중앙부를 가지며, 이 중앙부의 무게 중심에는 커플링 바 (13) 가 비틀림 스프링 요소 (15) 에 현가된다. 가장자리부는 y 축에 대한 비틀림을 허용하지만 x, y 및 z 방향으로 강성적으로 구성된 비틀림 스프링 요소에 의해 상기 중앙부의 단부에 부착된다. 커플링 바 (13) 의 이 2 개의 가장자리부는 스프링 요소에 의해 기본 소자의 지진 질량체 (3, 4 및 5, 6) 에 각각 연결된다. z 축에 대한 회전 속도가 감지될 때, 구동 방향 (y 방향) 에 따라 지진 질량체 (3, 4 및 5, 6) 에 x 방향으로 코리올리 힘이 발생한다. 예컨대, 현가 지점에 대하여 프레임 평면 밖으로 z 방향 하방으로 45°회전 이동한 무게 중심의 이탈로 인하여, z 방향 성분을 갖는 힘이 지진 질량체 (3, 4 및 5, 6) 에 작용한다. 결과적으로, 판독 모드에서 지진 질량체는 기본 소자에 대하여 십자형으로, 기본 소자에 대하여 상호 역으로 배향되어 z 방향으로 편위되어 진동한다. 예시적 순간 기록에 의해, 지진 질량체 (3 및 6) 는 z 방향 상방으로 편위되며, 지진 질량체 (4 및 5) 는 z 방향 하방으로 편위된다. 각각의 지진 질량체 (3, 4 및 5, 6) 의 판독 장치 (S3, S4, S5, S6) 의 신호로부터 회전 속도에 관한 정보를 포 함하는 총 신호 (Ψ') 가 얻어진다.
Ψ' = (S3 - S4) - (S5 - S6)
이러한 예시적인 z-축 회전 속도 센서 (1) 는 대안적으로 x-z 축 회전 속도 센서, 즉 x 축에 대한 회전 속도 및 z 축에 대한 회전 속도를 감지하는 회전 속도 센서로서도 이용될 수 있다. 이 경우, z 축에 대한 회전 속도에 관한 정보를 포함하는 신호 (Ψz') 가 상기와 같이 산출된다 {Ψz' = (S3 - S4) - (S5 - S6)}. 여기서, x 축에 대한 회전 속도에 관한 정보를 포함하는 신호 (Ψx') 는 Ψx' = (S3 + S4) - (S5 + S6) 에 의해 산출된다.
도 15 에는 x-z 축 회전 속도 센서 (1) 의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 센서는 z 방향으로 강성적이며 x 및 y 방향으로 탄성적으로 스프링 요소에 의해 기재 (2) 에 현가되어 있는 프레임 (8) 을 각각 포함하는 2 개의 기본 소자를 갖는다. 구동 수단 (미도시) 은 기본 소자를 여기시켜 y 방향으로의 역위상 구동 모드를 수행하도록 한다. 나아가, 회전 속도 센서 (1) 는 x 방향으로의 기본 소자의 편위를 감지할 수 있으며 각 기본 소자의 두 측면에 x 방향으로 배치된 4 개의 판독 장치 (16) 를 갖는다. 이 경우, 판독 장치 (16) 의 빗살형 구조는 각각 프레임 (8) 및 기재 (2) 에 연결된다. 각각의 기본 소자는 y 축에 대한 비틀림은 가능하며 3 가지 공간 방향에 대해서는 강성적으로 되도록 비틀림 스프링 요소 (41) 에 의해 프레임 (8) 에 현가되어 있는 2 개의 지진 질량체 (3, 4 및 5, 6) 를 갖는다. 예를 들어, 이러한 지진 질량체는 도 6 및 도 7 에 따라 구현된 다. 대안적인 실시예 (미도시) 에서, 지진 질량체는 도 10 에 따라 구현된다. 지진 질량체 (3, 4 및 5, 6) 는 커플링 바 (15) 에 의해 상호 연결된다.
커플링 바 (12) 는 그 무게 중심에서 스프링 요소 (5) 에 의해 기재 (2) 에 현가된다. 스프링 요소 (15) 의 구성 및 클램핑되는 방식에 따른 이러한 현가 수단은, 커플링 바 (12) 가 x 축 및 z 축에 대하여 비틀리는 것을 허용하며 x 및 z 방향으로의 편위를 방지한다. x 축에 대한 회전 속도는 z 방향으로 작용하는 코리올리 힘을 발생시키고, 그에 따라 z 방향으로 지진 질량체를 편위시키며, 지진 질량체를 기본 소자에 대하여 상호 역위상으로 진동시킨다. 예를 들어, 이 경우 지진 질량체 (3, 4) 는 z 방향 상방으로 편위되고, 지진 질량체 (5, 6) 는 z 방향 하방으로 편위되며, 이러한 편위의 시간 프로파일은 판독 장치 (미도시) 에 의해 등록된다. 반면에, z 축에 대한 회전 속도는 x 방향의 코리올리 힘을 유발한다. 이 코리올리 힘은 x 방향으로 지진 질량체 (3, 4 및 5, 6) 및 기본 소자의 역위상 모드 및 편위를 야기하고, 이는 판독 장치 (16) 에 의해 등록된다. 여기서, z 축에 대한 회전 속도는 기본 소자에 할당된 판독 장치 (16) 의 신호차에 의한 결과이다. 반면에, x 축에 대한 회전 속도는 한 기본 소자의 지진 질량체 (3, 4) 의 편위 신호 및 다른 기본 소자의 지진 질량체 (5, 6) 의 편위 신호의 차이에 의한 결과이다.
도 16 에 도시된 회전 속도 센서 (1) 는 x-z축 회전 속도 센서이다. 이 센서는 도 15 에서 설명한 것과 대부분 동일하다. 그러나, 판독 장치 (16) 는 다른 위치에서, 구체적으로는 커플링 바 (14) 의 연장부에서, 회전 속도 센서 (1) 의 중앙으로부터 y 방향으로 지진 질량체의 뒤쪽에 배치된다. 이 경우, 이 판독 장치는 한 빗살형 구조물에 의해 각 측부에서 커플링 바 (14) 의 연장단부에 영구적으로 연결되며, 다른 빗살형 구조물에 의해서는 기재 (2) 에 영구적으로 연결된다. 따라서, 이 판독 장치는 z 축에 대한 회전 속도에 따른 코리올리 힘에 의해 야기된, 도 15 에서 설명한 x 방향으로의 편위를 감지한다.
Claims (18)
- 적어도 하나의 기재 (2) 를 포함하는 회전 속도 센서 (1) 에 있어서,상기 기재 (2) 의 기본 영역은 카르테시안 좌표계의 x-y 평면에 평행하게 배향되며, 상기 회전 속도 센서는 프레임 (7, 8) 을 각각 포함하는 적어도 2 개의 기본 소자 (9, 10), 상기 기재에 상기 프레임을 현가하는 수단, 적어도 1 개의 지진 질량체 (3, 4, 5, 6), 및 상기 프레임 (7, 8) 에 상기 지진 질량체를 현가하는 수단 (41, 42) 을 포함하며, 하나 이상의 기본 소자를 구동하는 하나 이상의 구동 수단, 및 하나 이상의 판독 장치 (16) 를 가지며, 적어도 2 개의 기본 소자 (9, 10) 는 적어도 1 개의 커플링 바 (11, 12, 13, 14) 에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
- 제 1 항에 있어서,적어도 하나의 상기 구동 수단은 적어도 하나의 기본 소자의 진동 질량체 (3, 4, 5, 6) 및/또는 적어도 하나의 프레임 (7, 8) 에 작용하는 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,적어도 하나의 상기 구동 수단은 적어도 2 개의 상기 기본 소자 (9, 10) 를 y 방향으로 구동하며, 상기 회전 속도 센서 (1) 는 x 축 및/또는 z 축에 대한 회전 속도를 감지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 커플링 바 (11, 12, 13, 14) 는 적어도 하나의 스프링 요소 (15) 에 현가되며, 이 스프링 요소는 특히 상기 기재 (2) 에 클램핑되어 이 기재와 적어도 하나의 연결점을 형성하며, 상기 스프링 요소 (15) 는 상기 커플링 바 (11, 12, 13, 14) 의 병진 편위를 방지하도록 구현 및 클램핑 또는 부착되는 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
- 제 4 항에 있어서,상기 커플링 바 (11, 12, 13, 14) 는 본질적으로 그 무게 중심 영역에서 적어도 하나의 상기 스프링 요소 (15) 에 현가되는 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
- 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,상기 커플링 바 (11, 12, 13, 14) 가 현가되는 적어도 하나의 상기 스프링 요소 (15) 는 z 축 및/또는 x 축에 대한 상기 커플링 바의 회전 편위를 허용하는 비틀림 스프링인 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 커플링 바 (11, 12, 13, 14) 의 무게 중심은 특히 x-y 평면에 대하여 상기 회전 속도 센서 (1) 의 무게 중심과 본질적으로 일치하는 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 커플링 바 (11, 12, 13, 14) 는 그 커플링 바의 두 단부에서 하나 이상의 스프링 요소에 의해 또는 직접적으로 하나 이상의 지진 질량체 (3, 4, 5, 6) 및/또는 하나 이상의 판독 장치 (16) 및/또는 하나 이상의 프레임 (7, 8) 에 연결되는 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 지진 질량체 (3, 4, 5, 6) 는 비틀림 축선에 대하여 편위가능하도록 각각 현가되며, 이 비틀림 축선은 본질적으로 구동 방향과 평행한 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,적어도 2 개의 지진 질량체 (3, 4, 5, 6) 는 각각의 프레임을 지나는 평면의 외측 및/또는 직육면체 외측에 z 방향으로 놓이는 무게 중심 (50) 을 갖는 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 지진 질량체 (3, 4, 5, 6) 에는 판독 장치가 각각 할당되는 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
- 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,감지된 회전 속도는 본질적으로 기본 소자 (9) 의 개별 지진 질량체 (3, 4) 에 각각 할당된 판독 장치의 신호차, 및 상이한 기본 소자에 할당된 판독 장치 (16) 의 신호차로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,회전 속도 센서 (1) 는 x 축에 대한 회전 속도를 감지할 수 있으며, 기본 소자 (9, 10) 는 y 방향으로 구동되며,- 상기 기본 소자의 프레임 (7, 8) 은 본질적으로 x 방향 및 z 방향으로 강성적이며 y 방향으로 탄성적인 스프링 요소에 의해 상기 기재에 각각 현가되며,- 각각의 기본 소자의 지진 질량체 (3, 4, 5, 6) 는 본질적으로, y 축에 대한 비틀림을 허용하고 및/또는 z 방향으로 탄성적인 스프링 요소 (41) 에 의해 각 프레임 (7, 8) 에 현가되며,- 상기 커플링 바 (12) 는 x 축에 대한 비틀림을 허용하며 x 및 y 방향으로 강성적인 비틀림 스프링 (15) 에 의해 상기 기재 (2) 에 현가되며, 상기 커플링 바는 그의 두 단부 각각에서 스프링 요소에 의해 한 기본 소자의 지진 질량체 (3, 4, 5, 6) 에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,회전 속도 센서 (1) 는 x 축 및 z 축에 대한 회전 속도를 감지할 수 있으며, 기본 소자는 y 방향으로 구동되며,- 기본 소자의 프레임 (7, 8) 은 본질적으로 x 방향 및 z 방향으로 강성적이며 y 방향으로 탄성적인 스프링 요소에 의해 상기 기재에 각각 현가되며,- 각각의 프레임을 지나는 평면의 외측 및/또는 직육면체 외측에 z 방향으로 놓인 무게 중심 (50) 을 갖는 각각의 기본 소자의 지진 질량체 (3, 4, 5, 6) 는 본질적으로 y 축에 대한 비틀림을 허용하고 및/또는 z 방향으로 탄성적인 스프링 요소 (41) 에 의해 각각의 프레임 (7, 8) 에 현가되며,- 상기 커플링 바 (13) 는 x 축에 대한 비틀림을 허용하며 x 및 z 방향으로 강성적인 비틀림 스프링 (15) 에 의해 상기 기재 (2) 에 현가되며, 본질적으로 x, y 및 z 방향으로 강성적이며 y 축에 대한 비틀림을 허용하는 비틀림 스프링에 의해 상기 커플링 바의 별개의 부분이 두 단부 각각에서 커플링 바의 중심 부재에 연결되며, 상기 커플링 바의 이들 2 개의 외측 별개의 부분은 스프링 요소에 의해 한 기본 소자의 지진 질량체 (3, 4, 5, 6) 에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,회전 속도 센서는 x 축 및 z 축에 대한 회전 속도를 감지할 수 있으며 상기 기본 소자는 y 방향으로 구동되며,- 상기 기본 소자의 프레임 (7, 8) 은 본질적으로 z 방향으로 강성적이며 y 및 x 방향으로 탄성적인 스프링 요소에 의해 상기 기재 (2) 에 각각 현가되며,- 각각의 기본 소자의 지진 질량체 (3, 4, 5, 6) 는 본질적으로, 특히 y 축에 대한 비틀림을 허용하고 및/또는 z 방향으로 탄성적인 스프링 요소 (41) 에 의해 각각의 프레임 (7, 8) 에 현가되며,- 상기 커플링 바 (12, 14) 는 x 축 및 z 축에 대한 비틀림을 허용하며 x 및 z 방향으로 강성적인 비틀림 스프링 (15) 에 의해 상기 기재 (2) 에 현가되며, 상기 커플링 바는 그의 두 단부 각각에서 스프링 요소에 의해 한 기본 소자의 지진 질량체 (3, 4, 5, 6) 에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
- 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 회전 속도 센서는 특히 추가적인 MEMS 모듈 및/또는 적어도 하나의 전자 신호 처리 회로와 연결 및/또는 상호작용하는 기계/전자적 수단을 구비한 마이크로 전기 기계 시스템 (MEMS) 또는 MEMS 모듈로서 구현되는 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서.
- 회전 속도 센서 (1) 의 제조 방법으로서,특히 결정질 규소 또는 금속(들) 및/또는 반도체 소재의 복수의 층으로 이루 어진 기재로부터 마이크로기계 시스템을 제조하는 제조 공정에 의해 마이크로기계 요소가 형성되며, 이 경우 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항의 회전 속도 센서 (1) 가 적어도 부품 (in parts) 으로 형성되는 것을 특징으로 하는 회전 속도 센서의 제조 방법.
- 자동차, 특히 차량 제어 시스템에 사용되는 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 회전 속도 센서의 용도.
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