SENSOR DE VELOCIDAD ANGULAR.

Sensor de velocidad angular con un sustrato, como mínimo un elemento base (1),

que comprende un marco (2), una suspensión (7) del marco (2) en el sustrato, como mínimo una unidad de oscilación (3) y una suspensión (4, 5) de la unidad de oscilación (3) en el marco (2), un medio de accionamiento (8) y una unidad de lectura (9, 10), estando dispuesto el medio de accionamiento (8) de tal forma que influya en el marco (2) del elemento base (1, 11, 12, 13, 14), presentando el sensor de velocidad angular dos elementos base (1) conectados entre sí mediante una unidad de acoplamiento (6), estando orientados los elementos base (1) cada uno hacia el otro mediante un giro de 180º y pudiendo ponerlos en oscilación en oposición de fase y presentando una frecuencia de resonancia en común, estando dispuesta la unidad de oscilación (3) como masa sísmica en forma de remo, caracterizado porque el eje de rotación del remo está en paralelo a la dirección de accionamiento (y)

Tipo: Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: W05001773DE.

Solicitante: CONTI TEMIC MICROELECTRONIC GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: SIEBOLDSTRASSE 19,90411 NURNBERG.

Inventor/es: HARTMANN,BERNHARD, KAPSER,KONRAD, GOTTINGER,REINHARD, GUNTHNER,STEFAN.

Fecha de Publicación: .

Fecha Concesión Europea: 4 de Noviembre de 2009.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01C19/56G1

Clasificación PCT:

  • G01C19/56 FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01C MEDIDA DE DISTANCIAS, NIVELES O RUMBOS; TOPOGRAFIA; NAVEGACION; INSTRUMENTOS GIROSCOPICOS; FOTOGRAMETRIA O VIDEOGRAMETRIA (medida del nivel de líquidos G01F; radio navegación, determinación de la distancia o velocidad mediante la utilización de efectos de propagación, p. ej. efecto Doppler, tiempo de propagación, de ondas de radio, disposiciones análogas que utilicen otras ondas G01S). › G01C 19/00 Giróscopos; Dispositivos sensibles al giro con masas vibratorias; Dispositivos sensibles al giro sin masas móviles; Medida de velocidad angular usando efectos giroscópicos. › Dispositivos sensibles al giro con masas vibratorias, p. ej. sensores de velocidad vibratoria angular sobre la base de las fuerzas de Coriolis.
SENSOR DE VELOCIDAD ANGULAR.

Fragmento de la descripción:

Sensor de velocidad angular.

La presente invención se refiere a un sensor de velocidad angular según el preámbulo de la reivindicación 1.

Habitualmente, para determinar la velocidad angular de un objeto alrededor de un eje, se utilizan sensores de velocidad angular. Si se fabrica el sensor de velocidad angular micromecánicamente a base de sustrato de silicio, se obtiene la ventaja de que éste puede fabricarse con unas dimensiones muy reducidas a unos costes relativamente bajos, en comparación con un giroscopio de alta precisión. Además, ofrece otras ventajas adicionales como una incertidumbre de medida relativamente baja y un consumo de energía reducido durante el funcionamiento. Una importante aplicación de los sensores de velocidad angular se encuentra en la industria automovilística como, por ejemplo, en sistemas de control de la dinámica de vehículos como el programa de estabilidad electrónico (ESP). Para ello funcionan en conjunto un sistema de antibloqueo, una distribución automática de la fuerza de frenado, un sistema de control de tracción (ASR) y una regulación del momento de guiñada de tal manera que se consigue una estabilización transversal y longitudinal del vehículo mediante el frenado controlado de ruedas individuales. De esta manera es posible evitar que el vehículo gire alrededor de su propio eje perpendicular. Otro campo de aplicación de los sensores de velocidad angular se encuentra en la denominada detección para sistemas antivuelco de vehículos en combinación con unidades de control de airbags y sistemas de sujeción para los ocupantes del vehículo. Pero también se emplean sensores de velocidad angular con fines de navegación, así como para la determinación de la ubicación y del estado de movimiento de vehículos de todo tipo. Adicionalmente, también se los utiliza, por ejemplo, para estabilizadores de imágenes para cámaras de vídeo, la regulación de la dinámica de satélites al ser expuestos en la órbita terrestre o en la aviación civil para sistemas de control de posición de seguridad.

Los sensores de velocidad angular de fabricación micromecánica presentan generalmente una unidad de oscilación que comienza a oscilar a través de un accionamiento. Si la unidad de oscilación se mueve dentro de un sistema de rotación de manera radial hacia el interior o exterior, su velocidad orbital se ve modificada. De esta manera la unidad experimenta una aceleración tangencial provocada por la fuerza de Coriolis. Se puede detectar la reacción de la unidad de oscilación a la rotación, por ejemplo, mediante otra unidad de oscilación adicional u otras unidades de lectura.

Por la patente alemana DE 196 41 284 C1 se conoce un sensor de velocidad angular que presenta una estructura desacoplada de accionamiento y lectura, dispuesta en forma de una unidad con resorte, de una primera y otra segunda unidad de oscilación. Esta y otras configuraciones de sensores parecidas, conocidas a día de hoy por la tecnología y que se basan en la fuerza de Coriolis, tienen la desventaja que, debido al desacoplamiento necesario para ello, se genera una masa pasiva inercial, la que a su vez reduce la sensibilidad de medición, ya que la fuerza de Coriolis no puede influir en esta masa pasiva.

La publicación internacional WO 03/104823 A1 presenta un acelerómetro monolítico de varios ejes con hasta cuatro masas sísmicas que están dispuestas en forma de remos y que están suspendidas en un marco a través de unos resortes de torsión. Mediante este sensor pueden medirse aceleraciones en dirección de los ejes principales de sensibilidad respectivos; sin embargo, no pueden medirse tasas de giro.

Por la US 2004/0035204 A1 se conoce un sensor de velocidad angular con las características del preámbulo de la reivindicación 1. Debido a la distribución de los elementos base son necesarios resortes de torsión con una elevada rigidez para la suspensión de las masas sísmicas en el marco abierto. Esto resulta en una sensibilidad de medición relativamente reducida de un sensor de velocidad angular de este tipo.

El objeto de la presente invención es maximizar la sensibilidad del sensor de velocidad angular a las fuerzas de Coriolis que actúan sobre él. Se pretende especialmente crear unas estructuras de accionamiento y lectura lo más independientes posible.

Este objetivo se alcanza de acuerdo con la invención mediante un sensor de velocidad angular con las características de la reivindicación 1.

De esta manera todas las estructuras móviles son puestas en oscilación en la dirección de accionamiento, entre ellas también las unidades de oscilación sensibles a las fuerzas de Coriolis, aunque éstas últimas disponen de un margen adicional para una mayor movilidad. De esta forma ya no existen masas inerciales o pasivas que disminuyan la sensibilidad del sensor de velocidad angular, dado que la fuerza de Coriolis no puede influir en las masas inerciales o pasivas.

El marco del elemento base está concebido preferiblemente de tal manera que sea móvil prácticamente sólo en un plano generado por el sustrato. Es decir, en la dirección perpendicular, el marco es prácticamente rígido. La unidad de oscilación se na dispuesto de tal forma que efectúa preferiblemente un movimiento perpendicular al movimiento de accionamiento. Seleccionado las suspensiones adecuadas de la unidad de oscilación, el movimiento de accionamiento prácticamente no puede generar movimientos a lo largo de su grado de libertad. Asimismo, la unidad de oscilación tampoco puede perturbar el movimiento de accionamiento con sus movimientos. Con otras palabras, el movimiento detector de la unidad de oscilación está desacoplado del movimiento de accionamiento del marco. Esta es la forma preferida de ejecución de la presente invención. También resulta ventajosa la dirección de sensibilidad de la unidad de lectura prácticamente perpendicular al sentido de acción del medio de accionamiento.

Cada elemento base presenta principalmente un medio de accionamiento individual, por lo que puede accionarse o ponerse en oscilación cada elemento base de manera independiente de otros elementos base.

El medio de accionamiento está preferiblemente dispuesto en forma de un peine de accionamiento con una excitación capacitiva. Sin embargo, también es posible realizar la excitación o el accionamiento de manera eléctrica, térmica, magnética, piezoeléctrica o de alguna otra forma.

La unidad de oscilación está dispuesta como masa sísmica, en forma de remo. Para la suspensión de la unidad de oscilación en el marco y para la suspensión del marco en el sustrato están previstos preferiblemente resortes. La suspensión de la unidad de oscilación está realizada preferiblemente a través de resortes dispuestos en forma de barras de torsión o flexión.

Una ventaja importante supone que las frecuencias (de resonancia) del marco y de la unidad de oscilación son ajustables de manera independiente mediante los resortes, ya que los resortes son independientes entre sí y prácticamente no se influyen mutuamente.

El sensor de velocidad angular presenta dos elementos base que están unidos entre sí mediante una unidad de acoplamiento. El acoplamiento está concebido preferiblemente de tal manera que los movimientos de los elementos base se influyan sólo muy poco entre sí. Los elementos bases están orientados cada uno hacia el otro mediante un giro de 180º de tal manera que se les puede poner en oscilación en oposición de fase, por lo que el centro de gravedad entero del sistema permanece inmóvil. A través del acoplamiento, los elementos base pueden presentar así una frecuencia de resonancia en común.

Otra ventaja importante supone que existen, como mínimo, dos unidades de lectura, por lo que se pueden sensorizar o detectar dos movimientos giratorios en diferentes direcciones. Así, una unidad de lectura registra principalmente movimientos del marco en el plano generado por el sustrato y perpendicular al sentido de acción del medio de accionamiento y la otra unidad de lectura detecta movimientos de la unidad de oscilación perpendicular al plano generado por el sustrato.

En una variante de la presente invención también pueden estar previstos cada uno de los marcos o elementos base de dos unidades de lectura orientadas cada una hacia la otra mediante un giro de 180º.

En la descripción indicada a continuación se explicarán más detalladamente las características y detalles de la invención a base de ejemplos de ejecución y haciendo referencia a los dibujos adjuntos. Las características y relaciones en...

 


Reivindicaciones:

1. Sensor de velocidad angular con un sustrato, como mínimo un elemento base (1), que comprende un marco (2), una suspensión (7) del marco (2) en el sustrato, como mínimo una unidad de oscilación (3) y una suspensión (4, 5) de la unidad de oscilación (3) en el marco (2), un medio de accionamiento (8) y una unidad de lectura (9, 10), estando dispuesto el medio de accionamiento (8) de tal forma que influya en el marco (2) del elemento base (1, 11, 12, 13, 14), presentando el sensor de velocidad angular dos elementos base (1) conectados entre sí mediante una unidad de acoplamiento (6), estando orientados los elementos base (1) cada uno hacia el otro mediante un giro de 180º y pudiendo ponerlos en oscilación en oposición de fase y presentando una frecuencia de resonancia en común, estando dispuesta la unidad de oscilación (3) como masa sísmica en forma de remo, caracterizado porque el eje de rotación del remo está en paralelo a la dirección de accionamiento (y).

2. Sensor de velocidad angular según la reivindicación 1, caracterizado porque el marco (2) del elemento base (1) es prácticamente móvil sólo en un plano generado por el sustrato (plano X/Y).

3. Sensor de velocidad angular según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada elemento base (1) presenta un medio de accionamiento (8) individual.

4. Sensor de velocidad angular según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el medio de accionamiento (8) está dispuesto en forma de peine de accionamiento con una excitación capacitiva.

5. Sensor de velocidad angular según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque una dirección de sensibilidad (U, W) de la unidad de lectura (9, 10) es prácticamente perpendicular al sentido de acción (V) del medio de accionamiento (8).

6. Sensor de velocidad angular según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la suspensión (4, 5) de la unidad de oscilación (3) y la suspensión (7) del marco (2) están dispuestas en forma de resortes.

7. Sensor de velocidad angular según la reivindicación 6, caracterizado porque las frecuencias de resonancia del marco (2) y la unidad de oscilación (3) son ajustables mediante los resortes (4, 5, 7) de forma independiente entre sí.

8. Sensor de velocidad angular según la reivindicación 1, caracterizado porque en el sensor de velocidad angular están previstas, como mínimo, dos unidades de lectura (9, 10).

9. Sensor de velocidad angular según la reivindicación 8, caracterizado porque una unidad de lectura (9) detecta movimientos (U) del marco (2) en el plano generado por el sustrato y perpendicular al sentido de acción (V) del medio de accionamiento (8) y la otra unidad de lectura (10) detecta movimientos (W) de la unidad de oscilación (3) perpendicular al plano generado por el sustrato.

10. Sensor de velocidad angular según una de las reivindicaciones 8 ó 9, caracterizado porque en cada marco (2) están previstas dos unidades de lectura (9) orientadas cada una hacia la otra mediante un giro de 180º.


 

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