Sensor micromecánico oscilante de velocidad angular.

Sensor micromecánico oscilante de velocidad angular que comprende dos masas sísmicas

(1), (2), (36), (37), y un resorte de conexión entre las masas sísmicas (1), (2), (36), (37), en el que las masas sísmicas conectadas forman un plano de masas, caracterizado por que

las masas sísmicas están fijadas al cuerpo del componente sensor por medio de puntos de fijación rodeados por las masas soportadas;

- el movimiento principal del sensor de velocidad angular, debiendo dicho movimiento generarse, es una oscilación angular de fase opuesta de las dos masas sísmicas (1), (2), (36), (37) en el plano de las masas con respecto a los puntos de fijación;

- las masas sísmicas (1), (2), (36), (37) están conectadas entre sí por medio del resorte de conexión (11), (50), que sincroniza mecánicamente su movimiento principal, y por que

- las masas sísmicas (1), (2), (36), (37) están conectadas a los puntos de fijación por medio de resortes, o por medio de resortes y estructuras auxiliares rígidas, que proporcionan a las masas sísmicas (1), (2), (36), (37) un primer grado de libertad para girar alrededor de un eje perpendicular al plano de las masas, y un segundo grado de libertad para girar alrededor de un eje en una dirección del plano de las masas.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E12171952.

Solicitante: Murata Electronics Oy.

Nacionalidad solicitante: Finlandia.

Dirección: Myllynkivenkuja 6 01620 Vantaa FINLANDIA.

Inventor/es: BLOMQVIST,ANSSI.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE VELOCIDADES LINEALES O ANGULARES, DE LA... > Medida de la aceleración; Medida de la deceleración;... > G01P15/125 (por medio de captadores de capacidad)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TECNOLOGIA DE LAS MICROESTRUCTURAS > DISPOSITIVOS O SISTEMAS DE MICROESTRUCTURA, p. ej.... > B81B3/00 (Dispositivos que tienen elementos flexibles o deformables, p.ej. que tienen membranas o láminas elásticas (B81B 5/00 tiene prioridad))
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE DISTANCIAS, NIVELES O RUMBOS; TOPOGRAFIA;... > Giróscopos; Dispositivos sensibles al giro con masas... > G01C19/56 (Dispositivos sensibles al giro con masas vibratorias, p. ej. sensores de velocidad vibratoria angular sobre la base de las fuerzas de Coriolis)

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Fragmento de la descripción:

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DESCRIPCIÓN

Sensor micromecánico oscilante de velocidad angular.

Campo de la invención La invención se refiere a dispositivos de medición utilizados en la medición de la velocidad angular y, más específicamente, a sensores micromecánicos oscilantes de velocidad angular. La invención pretende proporcionar una estructura de sensor mejorada que permita una medición fiable y eficaz, particularmente en soluciones compactas de sensor micromecánico oscilante de velocidad angular.

Antecedentes de la invención La medición basada en un sensor oscilante de velocidad angular ha demostrado presentar un principio simple y proporcionar una manera fiable de medir la velocidad angular. El principio operativo utilizado más generalmente en sensores oscilantes de velocidad angular es el denominado principio de diapasón.

En un sensor oscilante de velocidad angular se genera un cierto movimiento principal conocido y se mantiene en el sensor. Por otro lado, el movimiento deseado que va a medirse por medio del sensor se detecta como una desviación en el movimiento principal. En el principio de diapasón, el movimiento principal es la oscilación de fase opuesta de dos resonadores lineales vibrantes.

Una velocidad angular externa que afecta al sensor en una dirección perpendicular a la dirección de movimiento de los resonadores induce fuerzas de Coriolis sobre las masas en sentidos opuestos. La fuerza de Coriolis, proporcional a la velocidad angular, se detecta o bien directamente de las masas, o bien las masas se conectan al mismo árbol de rotación, y entonces el movimiento de detección es una oscilación angular en la dirección del eje de velocidad angular.

La resistencia a la vibración y al impacto son características fundamentales requeridas de sensores de velocidad angular. Particularmente en determinadas aplicaciones exigentes, como, por ejemplo, programas electrónicos de estabilidad en la industria automotriz, estos requisitos son extremadamente estrictos. Incluso un golpe duro, como, por ejemplo, el impacto externo provocado por una piedra, o la vibración provocada por un reproductor de audio de automóvil, no deben afectar al rendimiento del sensor de velocidad angular.

En la medición según el principio de diapasón, el movimiento de detección es una oscilación angular o una oscilación lineal diferencial y, por tanto, no se transmitirá ninguna aceleración lineal externa al resonador de detección en una estructura ideal. Sin embargo, inevitablemente, siempre se generarán aceleraciones angulares también con respecto al eje de detección del sensor de velocidad angular a partir de impactos y vibraciones, debido a la vibración en el material y el soporte. Por tanto, el movimiento del resonador de detección se verá alterado inevitablemente, y esto provoca desviaciones en la señal de salida del sensor de velocidad angular, particularmente cuando la frecuencia de la interferencia está próxima a la frecuencia operativa del sensor.

También se han desarrollado sensores de velocidad angular según la técnica anterior, en los que tanto el movimiento principal como el movimiento de detección son oscilaciones angulares. Una solución de la técnica 45 anterior de este tipo para un sensor de velocidad angular se describe por ejemplo en la patente US nº 6.349.597. El movimiento principal en la solución para un sensor de velocidad angular descrita en la patente US se implementa como una oscilación angular sobre un eje z que se produce en el plano de la oblea. El movimiento de detección de velocidad angular se mide correspondientemente como una inclinación de la oblea en relación con el plano z. En la solución presentada, el momento provocado por la velocidad angular es, además de ser proporcional a la masa de la 50 estructura oscilante, proporcional al cuadrado de la longitud de la masa en la dirección del eje de velocidad angular.

Sin embargo, la solución de la técnica anterior descrita anteriormente presenta casi el mismo grado de sensibilidad a la interferencia mecánica externa que las estructuras basadas en el principio de diapasón. Sólo el movimiento principal, que es una oscilación angular, es menos sensible a aceleraciones lineales, pero el movimiento principal es, 55 de cualquier modo, claramente menos sensible a las fuerzas externas que el movimiento de detección.

El documento EP 1 467 179 describe un giroscopio micromecánico que comprende dos masas sísmicas conectadas a una viga central, estando accionadas dichas masas para oscilar en el plano del sensor.

Los principios de medición de los sensores micromecánicos de velocidad angular generalmente conocidos en la actualidad no son los mejores posibles en vista de la sensibilidad a la vibración. Por tanto, un objetivo de la invención es proporcionar una estructura para un sensor oscilante de velocidad angular, que sea considerablemente menos sensible a la transmisión de interferencia mecánica en comparación con las soluciones según la técnica anterior.

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Sumario de la invención El objetivo de la presente invención es proporcionar un sensor oscilante de velocidad angular mejorado de este tipo, que permita una medición fiable y eficiente particularmente en soluciones compactas de sensor oscilante de velocidad angular, y que es considerablemente menos sensible a la transmisión de interferencia mecánica en comparación con las soluciones de técnica anterior.

Según la presente invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas, está previsto un sensor micromecánico oscilante de velocidad angular, que comprende dos masas sísmicas fijadas al cuerpo del componente sensor en zonas de soporte, y un resorte de conexión ubicado entre las masas de manera que -en el sensor de velocidad angular, el movimiento principal, que debe generarse, es una oscilación angular de fase opuesta de las dos masas sísmicas con respecto a las zonas de soporte, -las masas sísmicas están conectadas entre sí por medio de al menos un resorte de flexión, que sincroniza mecánicamente su movimiento principal, y que -las masas sísmicas están fijadas a las zonas de soporte por medio de resortes o por medio de resortes y estructuras auxiliares rígidas, proporcionando a las masas un grado de libertad en relación con un eje de rotación perpendicular al disco formado por las mismas y en relación con al menos un eje de rotación en la dirección del plano del disco.

Preferentemente, el sensor de velocidad angular es un sensor de velocidad angular que mide la velocidad angular en relación con un eje, sensor en el que dos masas sísmicas están fijadas al cuerpo del componente sensor por medio de al menos dos puntos de fijación. Además, preferiblemente, el resorte de flexión es esencialmente más alto que ancho.

Preferentemente, el sensor de velocidad angular comprende -unos resortes giratorios para el movimiento principal, resortes que presentan flexibilidad en relación con el movimiento principal, y -unos resortes de torsión para el movimiento de detección, resortes que presentan flexibilidad en relación con la oscilación de torsión provocada por el momento de torsión introducido por una velocidad angular externa.

Preferentemente, la oscilación provocada por la velocidad angular externa se detecta de manera capacitiva por medio de electrodos ubicados por encima o por debajo de las masas. Además, preferentemente, los electrodos se forman sobre la superficie interior de una oblea que cierra herméticamente la estructura de sensor.

Preferentemente, el sensor de velocidad angular comprende, fijado al centro del resorte que conecta las masas del sensor de velocidad angular, un segundo resorte de flexión que se extiende esencialmente... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

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1. Sensor micromecánico oscilante de velocidad angular que comprende dos masas sísmicas (1) , (2) , (36) , (37) , y un resorte de conexión entre las masas sísmicas (1) , (2) , (36) , (37) , en el que las masas sísmicas conectadas forman un plano de masas, caracterizado por que las masas sísmicas están fijadas al cuerpo del componente sensor por medio de puntos de fijación rodeados por las masas soportadas;

- el movimiento principal del sensor de velocidad angular, debiendo dicho movimiento generarse, es una oscilación angular de fase opuesta de las dos masas sísmicas (1) , (2) , (36) , (37) en el plano de las masas con respecto a los puntos de fijación;

- las masas sísmicas (1) , (2) , (36) , (37) están conectadas entre sí por medio del resorte de conexión (11) , (50) , que sincroniza mecánicamente su movimiento principal, y por que -las masas sísmicas (1) , (2) , (36) , (37) están conectadas a los puntos de fijación por medio de resortes, o por medio de resortes y estructuras auxiliares rígidas, que proporcionan a las masas sísmicas (1) , (2) , (36) , (37) un primer grado de libertad para girar alrededor de un eje perpendicular al plano de las masas, y un segundo grado de libertad para girar alrededor de un eje en una dirección del plano de las masas.

2. Sensor de velocidad angular según la reivindicación 1, caracterizado por que el sensor de velocidad angular es un sensor de velocidad angular que mide la velocidad angular en relación con un eje.

3. Sensor de velocidad angular según la reivindicación 2, caracterizado por que el resorte de conexión es un primer resorte de flexión (11) que es esencialmente más alto que ancho.

4. Sensor de velocidad angular según la reivindicación 2 o 3, caracterizado por que el sensor de velocidad angular comprende

- unos resortes giratorios (5) , (6) para el movimiento principal, presentando dichos resortes flexibilidad en relación con el movimiento principal, y -unos resortes de torsión (7) - (10) para el movimiento de detección, presentando dichos resortes flexibilidad en relación con una oscilación de torsión provocada por un momento de torsión generado por una velocidad angular externa.

5. Sensor de velocidad angular según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado por que la oscilación provocada por la velocidad angular externa se detecta de manera capacitiva por medio de electrodos ubicados por encima o por debajo de las masas sísmicas (1) , (2) .

6. Sensor de velocidad angular según la reivindicación 5, caracterizado por que los electrodos se forman sobre una superficie interior de una oblea que cierra herméticamente una estructura de sensor que incluye las masas sísmicas y el resorte de conexión.

7. Sensor de velocidad angular según la reivindicación 3, caracterizado por que el sensor de velocidad angular comprende un segundo resorte de flexión que se extiende esencialmente en la misma dirección que, y fijado en el punto central de, el primer resorte de flexión (11) que conecta las masas sísmicas del sensor de velocidad angular.

8. Sensor de velocidad angular según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 2 a 7, caracterizado por que las masas sísmicas (1) , (2) están fijadas al cuerpo adicionalmente por medio de puntos de fijación (12) , (13) instalados en el centro del plano de masas.

9. Sensor de velocidad angular según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 2 a 7, caracterizado por que las masas sísmicas (1) , (2) están fijadas al cuerpo por medio de puntos de fijación (14) a (17) adicionales instalados en las esquinas o en el borde del plano de masas.

10. Sensor de velocidad angular según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 2 a 7, caracterizado por que los puntos de fijación (3) , (4) están fijados, sobre uno de sus lados, a las masas sísmicas (1) , (2) por medio de estructuras auxiliares rígidas diseñadas.

11. Sensor de velocidad angular según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 2 a 7, caracterizado por que los puntos de fijación (18) , (19) están fijados a las masas sísmicas (1) , (2) por medio de resortes.

12. Sensor de velocidad angular según la reivindicación 11, caracterizado por que cada una de las masas sísmicas (1) , (2) está conectada a su punto de fijación por medio de un resorte lineal.

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13. Sensor de velocidad angular según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 2 a 12, caracterizado por que las masas sísmicas (1) , (2) están fijadas al cuerpo del sensor por medio de puntos de fijación (24) , (25) , que están instalados en el centro de los lados del plano de masas, y adicionalmente por medio de unos puntos de fijación (20) , (21) adicionales, estando dichos puntos de fijación (20) , (21) adicionales fijados, sobre uno de sus lados, a las masas sísmicas (1) , (2) por medio de resortes (22) , (23) .

14. Sensor de velocidad angular según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 2 a 13, caracterizado por que el sensor de velocidad angular comprende unas estructuras de alivio de tensión (26) , (27) . 10

15. Sensor de velocidad angular según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 2 a 14, caracterizado por que el sensor de velocidad angular comprende una estructura de peine (28) , (29) .

16. Sensor de velocidad angular según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 15, caracterizado por que el 15 sensor de velocidad angular comprende unas estructuras de peine radiales (34) , (35) .

17. Sensor de velocidad angular según la reivindicación 16, caracterizado por que el sensor de velocidad angular comprende una estructura de peine radial para la generación electrostática, el mantenimiento o la detección del movimiento principal.

18. Sensor de velocidad angular según la reivindicación 17, caracterizado por que la estructura de peine se encuentra entre las masas sísmicas.

19. Sensor de velocidad angular según la reivindicación 1, caracterizado por que las masas sísmicas (36) , (37) están

conectadas a sus puntos de fijación por medio de resortes y estructuras auxiliares rígidas, que proporcionan a las masas sísmicas (1) , (2) , (36) , (37) un tercer grado de libertad para girar alrededor de otro eje en una dirección del plano de las masas, siendo así el sensor de velocidad angular un sensor de velocidad angular que mide la velocidad angular en relación con dos ejes.

20. Sensor de velocidad angular según la reivindicación 19, caracterizado por que el sensor de velocidad angular comprende unos resortes giratorios (40) , (41) para el movimiento principal, presentando dichos resortes flexibilidad en relación con el movimiento principal, unos resortes de torsión (42) - (45) para un movimiento de detección en una primera dirección, presentando dichos resortes de torsión flexibilidad en relación con el movimiento de detección en la primera dirección, y unos resortes de torsión (46) - (49) para un movimiento de detección en una segunda dirección, presentando 40 dichos resortes de torsión flexibilidad en relación con el movimiento de detección en la segunda dirección.

21. Sensor de velocidad angular según la reivindicación 19 o 20, caracterizado por que la oscilación provocada por la velocidad angular externa se detecta de manera capacitiva por medio de unos electrodos ubicados por encima o por debajo de las masas sísmicas (36) , (37) .

22. Sensor de velocidad angular según la reivindicación 21, caracterizado por que los electrodos se forman sobre una superficie interior de una oblea que cierra herméticamente una estructura de sensor que incluye las masas sísmicas y el resorte de conexión.

23. Sensor de velocidad angular según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 2 a 22, caracterizado por que los puntos de fijación (3) , (4) , (14) - (19) , (20) , (21) , (24) , (25) , (30) , (31) están unidos de manera anódica a una oblea que cierra herméticamente una estructura de sensor que incluye las masas sísmicas y el resorte de conexión.

24. Sensor de velocidad angular según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 2 a 22, caracterizado por que 55 los puntos de fijación (3) , (4) , (14) - (19) , (20) , (21) , (24) , (25) , (30) , (31) están unidos por medio de una unión por fusión a una oblea que cierra herméticamente una estructura de sensor que incluye las masas sísmicas y el resorte de conexión.