專利名稱：微陀螺儀以及微陀螺儀的操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于確定繞Z軸線轉(zhuǎn)速的微陀螺儀，其具有基底并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于基底安置的驅(qū)動模塊以及至少一個錨固件，所述驅(qū)動模塊借助于該錨固件與所述基底相連。在錨固件與驅(qū)動模塊之間安置至少一個錨固彈簧以使得驅(qū)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(qū)動元件，借助于驅(qū)動元件所述驅(qū)動模塊能夠沿X軸線方向以振蕩的方式被驅(qū)動；至少一個傳感器模塊，其借助于彈簧與驅(qū)動模塊相連以使得所述傳感器模塊沿X方向和Z方向不動地并且沿Y方向可移地與驅(qū)動模塊相連；以及用于檢測傳感器模塊沿Y軸線方向偏轉(zhuǎn)的傳感元件。
背景技術(shù)：
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并且傳感器裝置的驅(qū)動模塊彼此相連。由于一般來說設(shè)置多個傳感器模塊并且當(dāng)轉(zhuǎn)速發(fā)生時偏轉(zhuǎn)，因此提供相對于僅一個傳感器裝置的可靠的數(shù)據(jù)獲取。通過比較兩個傳感器模塊的測量值，能夠得出關(guān)于所獲測量信號的正確性的結(jié)論。所述類型微陀螺儀的缺點(diǎn)在于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(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)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并且能提供富余的測量結(jié)果，允許得出測量正確性結(jié)論并且附加地同時僅要求小安裝空間。該目的通過具有權(quán)利要求1特征的微陀螺儀以及相應(yīng)的微陀螺儀的操作方法實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的用于確定繞Z軸線轉(zhuǎn)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于基底安置的驅(qū)動模塊以及至少一個錨固件，所述驅(qū)動模塊借助于該錨固件與所述基底相連。借助于至少一個在錨固件與驅(qū)動模塊之間安置的錨固彈簧，驅(qū)動模塊沿X軸線方向能夠線性移位地并且沿Y軸線和Z軸線方向不動地安裝。還設(shè)置有驅(qū)動元件與至少一個傳感器模塊，借助于所述驅(qū)動元件驅(qū)動模塊能夠沿X軸線方向以振蕩的方式被驅(qū)動，所述傳感器模塊借助于彈簧與驅(qū)動模塊相連以使得所述傳感器模塊沿X方向和Z方向不動地并且沿Y方向能夠移位地連接到驅(qū)動模塊。傳感器模塊沿Y軸線方向的偏轉(zhuǎn)通過傳感元件檢測。根據(jù)本發(fā)明，所述兩個傳感器裝置彼此平行地并且沿Z軸線方向彼此上下地安置。第一傳感器裝置的驅(qū)動模塊(其在本申請文件中稱為第一驅(qū)動模塊)和第二傳感器裝置的驅(qū)動模塊(其在本申請文件中稱為第二驅(qū)動模塊)借助于連接彈簧彼此連接。當(dāng)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)時，通過同步地驅(qū)動兩個傳感器裝置的驅(qū)動模塊也將使得兩個傳感元件的傳感器模塊的同步偏轉(zhuǎn)。同每個傳感器模塊關(guān)聯(lián)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(fā)生損壞或傳感器受到碰撞的結(jié)論。接收的信號必須隨即被校正或棄用。本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于傳感器模塊在也安置驅(qū)動模塊的X-Y平面內(nèi)偏轉(zhuǎn)。對于該傳感器不需要X-Y平面外部的安裝空間。除了根據(jù)本發(fā)明的微陀螺儀在基底上所需的小面積之外，借助于微陀螺儀這里可實(shí)現(xiàn)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?yàn)闆]有部件從所述平面移出。因此根據(jù)本發(fā)明的傳感器構(gòu)造非常緊湊，但是由此產(chǎn)生的測量依舊可靠。第一和第二驅(qū)動模塊優(yōu)選地在基底上與相同的錨固件相連。因?yàn)榈谝缓偷诙鞲衅餮b置的驅(qū)動模塊采用至少部分相同的安裝件，所以也可實(shí)現(xiàn)緊湊的設(shè)計?？梢哉f，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并且允許傳感器裝置單獨(dú)的驅(qū)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(dāng)然能夠具有專有的安裝件和錨固件。在本發(fā)明一有利實(shí)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，并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)之間靜止并安置。當(dāng)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(zhuǎn)速出現(xiàn)時模塊發(fā)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(zhuǎn)后，有利的是每個電極對也具有相反的極性。這導(dǎo)致了基本上地彼此相關(guān)的可比信號，以便顯示傳感器模塊的正確偏轉(zhuǎn)。為了獲得根據(jù)本發(fā)明微陀螺儀的進(jìn)一步改進(jìn)，附加的傳感器裝置也能同第一和第二傳感器裝置關(guān)聯(lián)。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(gòu)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(shè)置兩個平面而是設(shè)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(nèi)安置?；咨蟼鞲衅餮b置所需的面積確實(shí)因此增加，但是信號的獲取以及驅(qū)動模塊的驅(qū)動因而得到簡化。要么額外的轉(zhuǎn)速能夠通過附加的傳感器裝置捕捉，要么尤其有利的是能夠?qū)崿F(xiàn)傳感信號的進(jìn)一步檢驗(yàn)以及傳感器額外的耐用性。尤其是第一和第二傳感器裝置借助于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(nèi)彼此相鄰安置的傳感器模塊因此相同或相反地振蕩，并且彼此對角安置的驅(qū)動模塊能夠被驅(qū)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(qū)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(jù)本發(fā)明用于操作根據(jù)前述微陀螺儀一個或多個特征的微陀螺儀的方法中，確定了繞Z軸線的轉(zhuǎn)速。根據(jù)本發(fā)明，一個在另外一個上安置并且具有驅(qū)動元件的驅(qū)動模塊被驅(qū)動以同相振蕩。當(dāng)基底繞Z軸線轉(zhuǎn)動時，傳感器模塊借助科氏力隨后在相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動模塊的平面內(nèi)以反相振蕩的形式被偏轉(zhuǎn)。微陀螺儀的反相操作特別穩(wěn)定并且基本上沒有內(nèi)部干擾。因此獲得非常明確的傳感器信號。對于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(qū)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(fā)明更多的優(yōu)點(diǎn)在接下來示意性的實(shí)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(shí)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(qū)動模塊1.2，所述驅(qū)動模塊借助錨固彈簧1.3與錨固件40連接。錨固件40反過來連接到驅(qū)動模塊1.2下方的基底(未示出)。驅(qū)動模塊1.2通過諸如梳狀電極的驅(qū)動元件(未示出)被驅(qū)動以沿X方向振蕩/振動。在驅(qū)動模塊1.2的框架內(nèi)部安置有傳感器模塊1.5。傳感器模塊1.5借助于彈簧1.6同驅(qū)動模塊1.2連接。雖然錨固彈簧1.3允許驅(qū)動模塊1.2沿X方向的移位，但是所述驅(qū)動模塊沿Y方向和Z方向被剛性/不動地構(gòu)造，彈簧1.6設(shè)計成其實(shí)際上使得傳感器模塊1.5與驅(qū)動模塊1.2 一起沿X方向移動，但是當(dāng)科氏力(Coriolis force)出現(xiàn)時允許傳感器模塊1.5沿Y方向偏轉(zhuǎn)。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(nèi)能夠移位。為了捕捉傳感器模塊1.5沿Y方向的移位，設(shè)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(fù)極。傳感器模塊1.5距相應(yīng)電極的距離由于傳感器模塊1.5沿Y方向的移位而變化，借此產(chǎn)生信號變化。所述信號發(fā)生變化后，得出繞Z轉(zhuǎn)速的結(jié)論、即微陀螺儀或在上面安裝錨固件40的基底已經(jīng)繞Z軸線旋轉(zhuǎn)。在驅(qū)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借助于連接彈簧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(qū)動模塊1.2的兩側(cè)都這樣設(shè)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(qū)動模塊2.2的框架上。驅(qū)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(qū)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(nèi)安置。該第二傳感器裝置就像第一傳感器裝置I那樣構(gòu)造。所述第二傳感器裝置也包括位于驅(qū)動模塊2.2的框架內(nèi)部中的傳感器模塊2.5，該傳感器模塊能夠在由于繞Z軸線的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生科氏力時沿Y方向偏轉(zhuǎn)。與之相反，同傳感器模塊2.5關(guān)聯(lián)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(fù)極而傳感器電極2.8為正極。這保證了當(dāng)兩個驅(qū)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(zhuǎn)，并且相關(guān)的正確信號能夠輸出至分析裝置?？商娲氖莻鞲衅麟姌O具有相同的極性。分析電子設(shè)備中相應(yīng)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(qū)動模塊1.2和2.2的反相移位。驅(qū)動模塊1.2和2.2沿X方向向后和向前移動。所述模塊借助于連接彈簧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(qū)動模塊1.2和2.2的同相振蕩保持靜止。本發(fā)明的又一個示意性實(shí)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(nèi)彼此相鄰安置。所述兩個傳感器裝置I和3相應(yīng)地以相同的方式構(gòu)造。所述兩個傳感器裝置分別包括驅(qū)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(qū)動模塊1.2和3.2借助于錨固彈簧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為正極并且傳感器電極3.7為負(fù)極，而傳感器電極1.8為負(fù)極性并且傳感器電極3.8為正極。因此同驅(qū)動模塊1.2和3.2的反相移位相對應(yīng)的傳感器模塊1.5和3.5的反相偏轉(zhuǎn)被正確地獲知。正如圖1的示意性實(shí)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(yīng)地包括連接彈簧3.9。在兩個驅(qū)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并且共用連接件10。所述兩個傳感器裝置I和3借助于驅(qū)動器具(未示出)驅(qū)動以反相同步地振蕩。圖5中顯示了圖4的示意性實(shí)施例的剖視圖。此處明顯的是所述驅(qū)動模塊1.2和
3.2彼此反相地被驅(qū)動。這種情況適用于安置在驅(qū)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的這個平面二者借助于連接件10彼此相連。因此保證了所述兩個平面相對于彼此的同步操作。本發(fā)明并不僅限于所示的示意性實(shí)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(xiàn)在任何時間并且能夠被修改以便滿足個別的需求。
權(quán)利要求
1.一種用于確定繞Z軸線轉(zhuǎn)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: 至少一個平行于所述基底安置的驅(qū)動模塊(1.2,2.2)， 至少一個錨固件(40)，所述驅(qū)動模塊(1.2、2.2)借助于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(qū)動模塊(1.2,2.2)之間安置的錨固彈簧(1.3、2.3)，所述驅(qū)動模塊(1.2,2.2)借助于所述錨固彈簧沿X軸線方向能夠直線移位地并且沿Y軸線和Z軸線方向不動地安裝， 驅(qū)動元件，所述驅(qū)動模塊(1.2,2.2)借助于所述驅(qū)動元件能夠沿X軸線方向以振蕩的方式被驅(qū)動， 至少一個傳感器模塊(1.5、2.5)，所述傳感器模塊借助于彈簧(1.6、2.6)與所述驅(qū)動模塊(1.2,2.2)相連，以使得所述傳感器模塊沿Y方向能夠移位地并且沿X方向和Z方向不動地連接至所述驅(qū)動模塊(1.2,2.2)，以及 用于檢測所述傳感器模塊(1.5,2.5)沿Y軸線方向偏轉(zhuǎn)的傳感器元件， 其特征在于， 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，并且 第一和第二驅(qū)動模塊(1.2,2.2)借助于連接彈簧(1.9,2.9)彼此相連。
2.如前一權(quán)利要求所述的微陀螺儀，其特征在于，所述第一和第二驅(qū)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(quán)利要求的其中一項或更多項所述的微陀螺儀，其特征在于，所述第一和第二驅(qū)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(quán)利要求的其中一項或更多項所述的微陀螺儀，其特征在于，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并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(quán)利要求的其中一項或更多項所述的微陀螺儀，其特征在于，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(quán)利要求的其中一項或更多項所述的微陀螺儀，其特征在于，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(gòu)造的第三和第四傳感器裝置(3、4)。
7.如前述權(quán)利要求的其中一項或更多項所述的微陀螺儀，其特征在于，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(nèi)安置。
8.如前述權(quán)利要求的其中一項或更多項所述的微陀螺儀，其特征在于，所述第一和第二傳感器裝置(1、2)借助于連接彈簧(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(jù)之前權(quán)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(zhuǎn)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(qū)動模塊(1.2、2.2)、驅(qū)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)，其特征在于，彼此上下安置的所述驅(qū)動模塊(1.2,2.2)利用所述驅(qū)動元件被驅(qū)動以反相地振蕩，并且當(dāng)所述基底繞Z軸線旋轉(zhuǎn)時，所述傳感器模塊(1.5,2.5)由于科氏力在相關(guān)驅(qū)動模塊(1.2,2.2)的平面內(nèi)的反相振蕩地偏轉(zhuǎn)。
10.如前一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，對于四個傳感器裝置(1、2、3、4)的情況，在一個平面內(nèi)安置的相鄰的驅(qū)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(fā)明涉及一種用于確定繞Z軸線轉(zhuǎn)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于基底的驅(qū)動模塊；至少一個錨固件，驅(qū)動模塊借助于其與基底相連；至少一個錨固件與驅(qū)動模塊之間的錨固彈簧，驅(qū)動模塊借助于其沿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(qū)動元件，驅(qū)動模塊借助于其能夠沿X軸線方向振蕩驅(qū)動；至少一個傳感器模塊，傳感器模塊借助于彈簧連至驅(qū)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(qū)動模塊；以及用于檢測傳感器模塊Y軸線方向偏轉(zhuǎn)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(qū)動模塊借助于連接彈簧相連。
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(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)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(chǎn)品公司