科里奥利陀螺仪.pdf

本发明涉及一种科里奥利陀螺仪，该科里奥利陀螺仪具有包括基板(5、22、24、26)、至少两个单独结构(61、62、63、64、500、600、700、800)和弹性元件(1、2、3、21、23、25)的配置，其中弹性元件(1、2、3、21、23、25)将具有力传递器(514、614、714、814)并具有分接头(534、634、734、834)的单独结构(61、62、63、64、500、600、700、800)耦合至基板(5、22、24、26)，并且使单独结构彼此耦合，其中该配置具有可以由力传递器(514、614、714、814)激励的至少一个激励模式(7)以及可以由分接头(534、634、734、834)测量的至少一个检测模式(8)，其中激励模式(7)和检测模式(8)是封闭的，结果，在无需考虑制造公差的情况下，通过线性加速和/或振动不能引起激励模式和检测模式的干扰激励。

1.  一种科里奥利陀螺仪，具有包括基板(5、22、24、26)、至少两个单独结构(61、62、63、64、500、600、700、800)和弹性元件(1、2、3、21、23、25)的配置，其中，所述弹性元件(1、2、3、21、23、25)将具有力传递器(514、614、714、814)并具有分接头(534、634、734、834)的所述单独结构(61、62、63、64、500、600、700、800)耦合至所述基板(5、22、24、26)，并且使所述单独结构(61、62、63、64、500、600、700、800)彼此耦合，其中，所述配置具有能够由所述力传递器(514、614、714、814)激励的至少一个激励模式(7)以及能够由所述分接头(534、634、734、834)测量的至少一个检测模式(8)，其中，在激励后的激励模式下，基于当所述科里奥利陀螺仪围绕灵敏轴(Ω)旋转时的科里奥利力来激励所述检测模式(8)，其特征在于，
对所述配置进行设计，以使得所述配置具有理论上即在无任何制造公差的最佳制造的情况下不对所述科里奥利陀螺仪的周围区域施加力或力矩的至少两个封闭特征模式，其中，一个特征模式用作所述激励模式(7)，另一个特征模式用作所述检测模式(8)。

2.  根据权利要求1所述的科里奥利陀螺仪，其特征在于，
所述力传递器(534、634、734、834)用于复位所述科里奥利力。

3.  根据权利要求1或2所述的科里奥利陀螺仪，其特征在于，
所述分接头(514、614、714、814)用于测量所述激励模式(7)的移动。

4.  根据权利要求1至3中任一项所述的科里奥利陀螺仪，其特征在于，还包括：
用于正交补偿的致动元件(524、624、724、824、534、634、734、834)。

5.  根据权利要求1至4中任一项所述的科里奥利陀螺仪，其特征在于，还包括：
用于频率调整的致动元件(524、624、724、824、534、634、734、834)。

6.  根据权利要求1至5中任一项所述的科里奥利陀螺仪，其特征在于，
所述激励模式(7)的谐振频率和所述检测模式(8)的谐振频率显著低于能够通过加速和/或振动激励的且引起极大误差信号的模式的谐振频率。

7.  根据权利要求1至6中任一项所述的科里奥利陀螺仪，其特征在于，
所述激励模式(7)的谐振频率和所述检测模式(8)的谐振频率显著低于所有其它模式的谐振频率。

8.  根据权利要求1至7中任一项所述的科里奥利陀螺仪，其特征在于，
将两个耦合反相线性振荡设置为所述激励模式(7)且再次反相，并且将两个耦合反相旋转振荡设置为所述检测模式(8)。

9.  根据权利要求1至7中任一项所述的科里奥利陀螺仪，其特征在于，
将两个耦合反相线性振荡设置为所述激励模式(7)且再次反相，并且将两个耦合反相旋转振荡和两个反相线性振荡的混合形式设置为所述检测模式(8)且再次反相。

10.  根据权利要求1至7中任一项所述的科里奥利陀螺仪，其特征在于，
将两个耦合反相旋转振荡设置为所述激励模式(7)，并且将两个耦合反相线性振荡设置为所述检测模式(8)且再次反相。

11.  根据权利要求8或10所述的科里奥利陀螺仪，其特征在于，
线性振荡的方向和所述灵敏轴(Ω)的方向平行于所述基板的表面，以及
旋转振荡围绕平行于所述灵敏轴(Ω)的轴发生。

12.  根据权利要求9所述的科里奥利陀螺仪，其特征在于，
所述激励模式的线性振荡的方向和所述灵敏轴(Ω)的方向平行于所述基板的表面，
旋转振荡围绕平行于所述灵敏轴(Ω)的轴发生，以及
所述检测模式的线性振荡相对于所述基板的表面成直角。

13.  根据权利要求8至10中任一项所述的科里奥利陀螺仪，其特征在于，
线性振荡的方向平行于所述基板的表面，以及
旋转振荡围绕相对于所述基板的表面成直角的轴发生。

14.  根据权利要求1至7中任一项所述的科里奥利陀螺仪，其特征在于，
将两个耦合反相旋转振荡设置为所述激励模式(7)，并且将两个耦合反相旋转振荡设置为所述检测模式(8)。

15.  根据权利要求14所述的科里奥利陀螺仪，其特征在于，
所述配置具有包括两个耦合反相旋转振荡的第三封闭特征模式。

16.  根据权利要求1至7中任一项所述的科里奥利陀螺仪，其特征在于，
将再次反相的两个反相线性振荡均设置为所述激励模式(7)和所述检测模式(8)。

17.  根据权利要求16所述的科里奥利陀螺仪，其特征在于，
线性振荡在平行于所述基板的表面的平面上发生。

18.  根据权利要求1至17中任一项所述的科里奥利陀螺仪，其特征在于，
所述单独结构(61、62、63、64、500、600、700、800)均包括激励单元(510、610、710、810)和采样块(550、650、750、850)，并由此对所述单独结构(61、62、63、64、500、600、700、800)进行解耦。

19.  根据权利要求1至17中任一项所述的科里奥利陀螺仪，其特征在于，
所述单独结构(61、62、63、64、500、600、700、800)均包括激励单元(510、610、710、810)、科里奥利元件(520、620、720、820)以及检测单元(530、630、730、830)，并由此对所述单独结构(61、62、63、64、500、600、700、800)进行双解耦。

20.  根据权利要求13所述的科里奥利陀螺仪，其特征在于，
所述单独结构(61、62、63、64、500、600、700、800)均包括激励单元(510、610、710、810)、科里奥利元件(520、620、720、820)以及检测单元(530、630、730、830)，并由此对所述单独结构(61、62、63、64、500、600、700、800)进行双解耦，以及
x旋转弹性元件(531、631、731、831)均被设置在所述科里奥利元件(520、620、720、820)和各所述检测单元(530、630、730、830)之间，并且允许所述激励模式(7)下的在所述线性振荡的方向上的距离变化以及相对旋转。

21.  根据权利要求13所述的科里奥利陀螺仪，其特征在于，
所述单独结构(61、62、63、64、500、600、700、800)均包括激励单元(510、610、710、810)、科里奥利元件(520、620、720、820)以及检测单元(530、630、730、830)，并由此对所述单独结构(61、62、63、64、500、600、700、800)进行双解耦，以及
旋转弹性元件(564、784)被设置在两个所述检测单元(530、630、730、830)之间，
x旋转弹簧(541、641、741、841)均被设置在两个所述检测单元(530、630、730、830)其中之一与所述旋转弹性元件(564、784)之间，以及
所述检测单元(530、630、730、830)经由弹性元件(542、642、742、842)锚定至所述基板上。

22.  根据权利要求1至21中任一项所述的科里奥利陀螺仪，其特征在于，
设置有四个单独结构(61、62、63、64、500、600、700、800)。

科里奥利陀螺仪
技术领域
本发明涉及一种具有包括基板、至少两个单独结构和弹性元件的配置的科里奥利陀螺仪(Coriolis gyro)，其中弹性元件将具有力传递器并具有分接头(tap)的单独结构耦合至基板并且将单独结构彼此耦合，该配置具有可以由力传递器激励的激励模式和可以由分接头测量的检测模式，其中在激励后的激励模式下，基于当科里奥利陀螺仪围绕灵敏轴(sensitive axis)旋转时的科里奥利力激励检测模式。
背景技术
可以与所使用的振荡模式相对应地将科里奥利陀螺仪(科里奥利振动陀螺仪)分成两类：
1.形状弯曲振荡(例如，酒杯(HRG：Hemispherical ResonatorGyroscope，半球谐振陀螺仪)、环、杆)。
2.弹性质量系统(例如，Lin-Rot、Rot-Rot和Lin-Lin，其中Lin-Rot是指激励模式包含线性运动(“Lin”)并且检测模式包含旋转运动(“Rot”)。以相应的方式定义Rot-Rot和Lin-Lin。)
这两类在振动和加速灵敏度方面具有特定的优点和缺点：
1.形状弯曲振荡
优点：通常使用外部封闭有用模式(激励模式和检测模式)，即这些模式没有向外部传递任何力和力矩。因此，既未通过线性加速也未通过振动(利用线性和/或旋转分量)对这些模式进行激励。“外部”涉及基板的“周围区域”(作为块元件(mass element)或单独结构的运动的结果，力或力矩可以局部作用于基板自身上，但整体上这些力或力矩彼此抵消)。例如通过粘合剂接合或焊接将基板安装在外壳或陶瓷制品(通常为“支座”)上。通过封闭模式未向该支座传递力或力矩。然而，准确地说，仅在不必考虑制造公差的情况下该表述才是正确的。
缺点：大多已知的结构需要软悬挂(例如，环、杆；一个例外是由所谓的HRG(半球谐振陀螺仪)所表示的，但由于该结构的“真三维”形式，因此其要求复杂的制造工艺)。因此，当出现加速和振动时，这些结构被偏转了相对大的程度，这导致许多力传递器(例如，静电力传递器)和分接头(例如，电容分接头)中的误差。此外，由于所需的力过大，因此正交补偿即利用致动元件对该结构的“平衡”实际上是不可能的。
2.弹性质量系统(spring and mass system)
优点：P.Greiff、B.Boxenhorn、T.King以及L.Niles，“SiliconMonolithic Micromechanical Gyroscope”，Tech.Digest，6th Int.Conf.on Solid-State Sensors and Actuators(Transducers’91)，San Francisco，CA，USA，June 1991，pp.966-968、或者J.Bernstein、S.Cho、A.T.King、A.Kourepins、P.Maciel以及M.Weinberg，“A Micromachined Comb-Drive Tuning Fork RateGyroscope”，Proc.IEEE Micro Electromechanical SystemsWorkshop(MEMS 93)，Fort Lauderdale，FL，USA，February 1993，pp.143-148、或者DE 19641284 C1公开了以下结构：有用模式的谐振频率可能大大低于可以通过加速和/或振动激励的、并且引起极大的误差信号的其它模式的谐振频率。特别地，引起极大的误差信号的模式是影响检测运动的测量信号的模式。影响激励运动的测量的模式通常损害较小。
缺点：振动以及频繁线性加速可以激励一个或这两个有用模式，因此可能引起误差信号。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种对加速和振动不太敏感的基于弹性质量系统的旋转速率传感器。
根据本发明，由具有权利要求1的特征的科里奥利陀螺仪来实现该目的。提出了两个有用模式(激励模式和检测模式)均封闭的此类结构。不能通过加速和振动激励有用模式，并且不存在误差信号。确切地说，仅当不必考虑制造公差时，该表述才是正确的。科里奥利陀螺仪包括基板和多个单独结构(至少2个)以及弹性元件。一些单独结构经由弹性元件连接至基板，并且一些单独结构经由弹性元件彼此连接，结果，该配置具有至少两个封闭的特征模式，其中一个可用作激励模式，另一个可用作检测模式。可以由力传递器对激励模式进行激励。如果科里奥利陀螺仪围绕其灵敏轴而旋转，则激励振荡产生对检测模式进行激励的科里奥利力。可以由分接头来测量检测模式的移动。可以使用由此产生的振荡的振幅作为测量变量。
根据权利要求2所述的有利改进，可以由力传递器来复位科里奥利力，由于不存在单独结构的偏转，因而导致较好的评价。为了该目的，需要可以向检测模式施加力矩和力所利用的力传递器。然后，复位力矩或复位力的振幅是角速度的度量。
如权利要求3所述，可以由分接头以简单的方式检查激励模式的移动。
有利地，设置了如权利要求4所述的正交补偿用的致动元件和/或如权利要求5所述的频率调整用的致动元件，并且可以对各致动元件进行设计，以使得可以设置或控制这些致动元件。对于以微技术制造的高精度科里奥利陀螺仪，正交补偿和频率调整是有利的。尽管还可以通过激光微调来实现这两者，然而激光微调等的工艺是昂贵的。致动元件具有调整工艺本身成本非常低的优点。
如权利要求6所述的有利改进公开了以下结构：有用模式的谐振频率可能显著低于可以通过加速和/或振动激励的并且引起极大的误差信号的模式的谐振频率。因此，进一步减小基于振动的误差。这些结构具有“形状弯曲振荡”类的优点以及“弹性质量系统”类的优点，并由此避免了各自的缺点。
下文说明了用于量化这些优点的两种情况：
第1种情况(封闭式检测模式的优点)：
通过线性振动来激励检测模式，或者以激励模式工作的频率(通常，该频率是激励模式的谐振频率，并且在调谐后的谐振频率的情况下，该频率也是检测模式的谐振频率)在声学上精确地激励检测模式。加速作用的大小是a₀。在下文由单位“g”来表示该大小。为了简便，假定干扰力的相位和科里奥利力的相位相同。
第一变形：检测模式是“简单”(非反相)线性振荡。因此，不能将该加速与科里奥利加速区分开，并且产生误差信号Ω_v。在谐振频率为f₀＝ω₀/(2π)＝10kHz并且激励模式的大小是10μm的情况下，得出如下结果：

第二变形：检测模式是简单旋转振荡。质量不平衡率为k₂＝1％。则误差信号近似对应于：

第三变形：检测模式与两个耦合旋转振荡的差分模式(封闭模式)相对应。另外，在与第二变形的条件相同的条件下，可以假定质量不平衡为约100倍以下(k₃＝100ppm)。则误差信号近似对应于：

第2种情况(如权利要求6所述的主题的优点)：
将振动时的旋转加速分量的频率看作显著低于下文所述的谐振频率。
变形1：检测模式与两个反相旋转振荡相对应。例如，两个耦合旋转振荡的通用模式的谐振频率ω_gl1小于两个耦合旋转振荡的差分模式(即，检测模式)的谐振频率ω₂，
ωgl1ω2=12]]>
变形2：检测模式与两个反相旋转振荡相对应。例如，两个耦合旋转振荡的通用模式的谐振频率ω_gl2大于两个耦合旋转振荡的差分模式(即，检测模式)的谐振频率ω₂，
ωgl2ω2=1,51]]>
利用所述激励，变形1和变形2的通用模式的由此产生的偏转的比是：
xgl1xgl2≈ωgl22ωgl12≈9]]>
由于由通用模式的激励所引起的误差与通用模式的偏转或该偏转的平方成比例，因此变形2的误差减小了因数9～81。
如权利要求7所述，对这些结构进行设计，以使得有用模式的谐振频率显著低于所有其它模式的谐振频率，并且减少了激励这些模式时的误差。
有利地，如权利要求8所述，典型改进是将彼此再次反相的两个耦合反相线性振荡作为封闭激励模式并将两个耦合反相旋转振荡作为封闭检测模式(Lin-Rot)，并且如权利要求14所述，典型改进是将两个耦合反相旋转振荡作为封闭激励模式并将两个耦合反相旋转振荡作为封闭检测模式(Rot-Rot)。特别地，如权利要求15所述的有利改进具有3个封闭的特征模式，例如，可以将其中一个特征模式用作激励模式，并且可以将另外两个特征模式用作围绕不同的灵敏轴旋转的检测模式。
在振荡平行于基板的表面的如权利要求13所述的优选改进中，由于无需检测或不会产生与基板的表面成直角的移动，因此可以以简单的方式制造科里奥利陀螺仪。
根据权利要求18中的有利改进，这些单独结构采用包括激励单元和采样块的解耦结构的形式。这具有以下优点：
1.近似理想地引导激励单元。激励单元用的驱动器和激励模式之间的任意误差角没有近似引起检测模式的激励，并因此无误差信号。
2.检测模式的偏转没有近似引起作用于激励单元上的驱动力的变化。
3.总之，这意味着大大抑制了激励单元上的激励力和检测模式的移动之间的不期望的相互影响。
如权利要求19所述，设置了包括激励单元、科里奥利元件和检测单元的双解耦结构，这附加地引起了“传感器解耦(pick-off decoupling)”，即检测单元的分接头和激励单元的移动之间的任意误差角没有近似引起误差信号。
在如权利要求22所述的优选改进中，设置了4个单独结构，利用这4个单独结构可以以简单的方式产生封闭的有用模式。
附图说明
在下文将参考附图来说明根据本发明的科里奥利陀螺仪的典型实施例，其中：
图1示出具有作为激励模式的线性振荡和作为检测模式的旋转振荡的封闭式弹性质量系统科里奥利陀螺仪的第一典型实施例的示意图，
图2a示出在第一变形中具有作为激励模式并作为检测模式的旋转振荡的封闭式弹性质量系统科里奥利陀螺仪的第二典型实施例的示意图，
图2b示出在第二变形中具有作为激励模式并作为检测模式的旋转振荡的封闭式弹性质量系统科里奥利陀螺仪的第二典型实施例的示意图，
图3示出具有作为激励模式并作为检测模式的线性振荡的封闭式弹性质量系统科里奥利陀螺仪的第三典型实施例的示意图，
图4示出具有作为激励模式并作为检测模式的线性振荡的封闭式弹性质量系统科里奥利陀螺仪的第四典型实施例的示意图，
图5示出根据本发明的科里奥利陀螺仪的第五典型实施例的第一变形的示意平面图，
图6示出根据本发明的科里奥利陀螺仪的第五典型实施例的第二变形的示意平面图，
图7示出根据本发明的科里奥利陀螺仪的第五典型实施例的第三变形的示意平面图，
图8示出根据本发明的科里奥利陀螺仪的第五典型实施例的第四变形的示意平面图，
图9示出根据本发明的科里奥利陀螺仪的第五典型实施例的第五变形的示意平面图，
图10示出根据本发明的科里奥利陀螺仪的第五典型实施例的第六变形的示意平面图，
图11示出根据本发明的科里奥利陀螺仪的第五典型实施例的第七变形的示意平面图。
具体实施方式
在一些情况下，为了确保清楚，在图中没有为所有的相同部分都设置相同的附图标记。然而，基于上述对称性和相同图示，本领域的技术人员会明白附图中的哪些部分属于哪些附图标记。
在图1～4中，以浅灰色示出的所有组件表示作为可被近似看作为无限刚硬的单独结构的活动“块元件”。以深灰色(黑色)示出的区域很大程度上不能相对于基板运动。
图1示意性示出第一典型实施例中基于弹性质量系统的科里奥利陀螺仪，其中该科里奥利陀螺仪具有四个第一块元件61，这四个第一块元件61经由第一x耦合弹性元件1a并经由耦合弹性元件2彼此耦合，并且经由第二x耦合弹性元件1b和连接元件4以及第一基板弹性元件3耦合至基板5(在这种情况下，仅经由锚具示出)。将彼此再次反相的块元件61的两个耦合反相线性振荡用作激励模式7。当科里奥利陀螺仪围绕灵敏轴Ω旋转时，对可被表示为围绕y轴的两个耦合反相旋转振荡的检测模式8进行激励，其中，y轴平行于灵敏轴Ω并且与x方向成直角(Lin-Rot)。x耦合弹性元件1a、1b在x方向上是软的，而在其它方向上则是硬的，并且耦合弹性元件2可以是各向同性地软，即针对所有负荷都是软的，第一基板弹性元件3在围绕y轴旋转的情况下是软的，而在其它情况下则是硬的。在该科里奥利陀螺仪中，有用模式(即，激励模式7和检测模式8)是封闭的。基本上，还可以互换激励模式和检测模式，即可将上述围绕y轴的两个耦合反相旋转振荡用作激励模式，并且可将两个耦合反相线性振荡用作检测模式。
图2a示意性示出第二典型实施例中基于弹性质量系统的科里奥利陀螺仪，该科里奥利陀螺仪具有两个第二块元件62，这两个第二块元件62通过耦合弹性元件2彼此耦合，并且经由第二基板弹性元件21耦合至基板5(在这种情况下，仅经由锚具22示出)。将围绕基板锚具22、围绕z方向的块元件62的两个耦合反相旋转振荡用作激励模式7。在科里奥利陀螺仪围绕其灵敏轴Ω旋转期间，将围绕y轴的两个耦合反相旋转振荡作为检测模式进行激励(Rot-Rot)，并且这两个耦合反相旋转振荡与灵敏轴Ω成直角且与激励模式7的旋转轴z成直角。第二基板弹性元件21在围绕z轴和y轴旋转期间是软的，但在其它情况下则是尽可能地硬，并且耦合弹性元件2可以是各向同性地软，即针对所有负荷都是软的。同样在该科里奥利陀螺仪的情况下，有用模式(即，激励模式7和检测模式8)是封闭的。
图2b示意性示出根据图2a的具有相同激励模式7的科里奥利陀螺仪，即，将围绕基板锚具22、围绕z方向的块元件62的两个耦合反相旋转振荡用作激励模式7。其它第二基板弹性元件21a在围绕z轴、x轴和y轴旋转期间是软的，但在其它情况下则是尽可能地硬。所示的科里奥利陀螺仪具有在科里奥利陀螺仪围绕第二灵敏轴Ω2旋转期间被激励的第二封闭式检测模式82，并且包括围绕x轴的两个耦合反相旋转振荡。因此，所示的科里奥利陀螺仪还可被称为“两轴”陀螺仪，因而具有依赖于灵敏轴可被用作检测模式并用作激励模式的3个封闭模式。
图3示意性示出第三典型实施例中基于弹性质量系统的科里奥利陀螺仪，其中，该科里奥利陀螺仪具有四个第三块元件63，这四个第三块元件63经由xy耦合弹性元件23彼此耦合，并且耦合至基板5(在这种情况下，仅经由锚具24示出)。将块元件63的相对于x方向且相对于y方向成45°的线性振荡用作激励模式7。在这种情况下，在所示例子中，当两个斜相对的第三块元件63正彼此远离对方运动时，另外两个斜相对的第三块元件63彼此朝向对方运动。在科里奥利陀螺仪围绕相对于x方向且相对于y方向成直角(因此平行于z方向)的灵敏轴Ω旋转期间，将线性振荡作为检测模式进行激励，并且该线性振荡相对于激励模式偏移(Lin-Lin)。在这种情况下，当在y方向上相邻的第三块元件63正沿y方向彼此远离对方运动时，在x方向上相邻的第三块元件63沿x方向彼此朝向对方运动，并且当在y方向上相邻的第三块元件63正沿y方向彼此朝向对方运动时，在x方向上相邻的第三块元件63沿x方向彼此远离对方运动。xy耦合弹性元件23在x方向上和y方向上是软的，但在其它方向上则是硬的。同样在该科里奥利陀螺仪中，有用模式(即，激励模式7和检测模式8)是封闭的。
图4示意性示出第四典型实施例中基于弹性质量系统的科里奥利陀螺仪，其中，该科里奥利陀螺仪具有四个第四块元件64，这四个第四块元件64经由其它xy耦合弹性元件25彼此耦合，并且耦合至基板5(在这种情况下，仅经由锚具26示出)。将第四块元件64在x方向上的线性振荡用作激励模式7。在这种情况下，当在x方向上相邻的两个第四块元件64正沿x方向彼此远离对方运动时，另外两个第四块元件64彼此朝向对方运动。在科里奥利陀螺仪围绕相对于x方向和y方向成直角(因此平行于z方向)的灵敏轴Ω旋转期间，将线性振荡作为检测模式进行激励，并且该线性振荡相对于激励模式偏移(Lin-Lin)。在这种情况下，当在y方向上相邻的两个第四块元件64正彼此远离对方运动时，另外两个第四块元件64彼此朝向对方运动。其它xy耦合弹性元件25在x方向上和y方向上是软的，但在其它方向上则是硬的。同样在该科里奥利陀螺仪的情况下，有用模式(即，激励模式7和检测模式8)是封闭的。
以下图5～11更详细地示出基于第一变形～第七变形的第五典型实施例。本发明不限于该第五典型实施例，并且本领域的技术人员在无需运用创造性技能的情况下，将能够基于本说明书得出第一典型实施例～第四典型实施例的具体变形。
在第一变形～第七变形中，灵敏轴Ω相对于附图的平面成直角。
以浅灰色示出的所有组件表示可近似被看作为无限刚硬的活动“块元件”。以深灰色示出的区域很大程度上不能相对于基板运动。线表示用作弹性元件的组件的弯曲杆(bending beam)。这些弯曲杆在纵向上近似是无限刚硬的。如果弯曲杆在z方向上的限度显著大于相对于纵向成直角的附图平面中的限度，则与相对于纵向成直角的附图平面中的轴的方向相比，弯曲杆在z方向上是更加刚硬的。经常可以近似忽略作为弹性结构的一部分的弯曲杆以及块元件的质量/惯性力矩。
在下文中，例如利用表述“基本上”来使用这些近似。
特别包括微技术方法的多个制造方法适合于制造这些变形的科里奥利陀螺仪。例如，可以使用递交日期与本申请相同并且来自与本申请相同的申请人的尚未公开的德国专利申请“Method for Production of a Component，and a Component(构件和制造构件的方法)”中所述的微技术制造方法，或者使用“conventional surface-micromechanical processes(传统表面微机械处理)”(例如Robert Bosch GmbH，Analog Devices)，来制造所有这些变形的科里奥利陀螺仪。
图5所示的第一变形具有基板(未示出)以及第一单独结构500、第二单独结构600、第三单独结构700和第四单独结构800。第一单独结构500包括经由第一x弹性元件511在第一锚定点513处安装至基板的第一激励单元510。第一科里奥利元件520经由第一y弹性元件521连接至第一激励单元510。第一检测单元530经由第一x旋转弹性元件531连接至第一科里奥利元件520。
第二单独结构600由第二激励单元610、第二x弹性元件611、第二锚定点613、第二y弹性元件621、第二科里奥利元件620、第二x旋转弹性元件631和第二检测单元630以类似的方式构造。第三单独结构700由第三激励单元710、第三x弹性元件711、第三锚定点713、第三y弹性元件721、第三科里奥利元件720、第三x旋转弹性元件731和第三检测单元730以类似的方式构造。第四单独结构800由第四激励单元810、第四x弹性元件811、第四锚定点813、第四y弹性元件821、第四科里奥利元件820、第四x旋转弹性元件831和第四检测单元830以类似的方式构造。
第一激励单元510通过第一耦合弹性元件561直接耦合至第二激励单元610，同样地，第三激励单元710通过第一耦合弹性元件781直接耦合至第四激励单元810。第一激励单元510和第四激励单元810通过第二耦合弹性元件58直接耦合，第二激励单元610和第三激励单元710通过第二耦合弹性元件67直接耦合。第一检测单元530和第二检测单元630通过第三耦合弹性元件564直接耦合，并且形成第一耦合检测单元，第三检测单元730和第四检测单元830通过第三耦合弹性元件784直接耦合，并且形成第二耦合检测单元。第一耦合检测单元530、630经由第四耦合弹性元件5678直接耦合至第二耦合检测单元730、830。
x弹性元件511、611、711和811在x方向上是软的，并且在y方向和z方向上是尽可能地刚硬。x弹性元件511、611、711和811连接至固态元件512、612、712和812，以提高引导特性。y弹性元件521、621、721和821在y方向上是软的，并且在x方向和z方向上是尽可能地刚硬。与图11中的其它y弹性元件551、651、751和851相对应地，y弹性元件521、621、721和821还可以形成在一个端部处。对x旋转弹性元件531、631、731和831进行设计，以使得x旋转弹性元件531、631、731和831在x方向上以及在围绕它们各自的沿z方向的(在图中一个布置在另一个上方的两个单独弹性元件的)对称轴12、13、14和15扭转的情况下是软的，并且针对所有其它负荷是刚硬的。因此，x旋转弹性元件531、631、731和831具有接头的特性，该接头同时允许科里奥利元件520、620、720和820与检测单元530、630、730和830之间的在x方向上的距离变化以及相对旋转。
对第一耦合弹性元件561、781进行设计，以使得第一耦合弹性元件561、781在x方向上是软的，并且在z方向和y方向上是刚硬的。对包括弯曲杆565、785和位于基板上的锚具566、786的第三耦合弹性元件564、784进行设计，以使得第三耦合弹性元件564、784在围绕其沿z方向的对称轴10、11扭转的情况下是软的，并且针对所有其它负荷是刚硬的，因此第三耦合弹性元件564、784还被称为旋转弹性元件。
对第二耦合弹性元件58、67进行设计，以使得第二耦合弹性元件58、67在x方向和y方向上是软的，并且在z方向上是刚硬的。与所有弹性结构的情况相同，附图示出了设计例子。例如，代替第二耦合弹性元件58、67，还可以使用与如图10所示的弹簧141、241相对应的变更后的耦合弹簧。
对第四耦合弹性元件5678进行设计，以使得第四耦合弹性元件5678在y方向上以及在围绕其沿z方向的对称轴16扭转的情况下是软的，并且针对所有其它负荷是刚硬的。第四耦合弹性元件5678阻挡检测单元530、630以及730、830的同相旋转。
激励模式对应于彼此再次反相的、第一激励单元510和第二激励单元610连同第一科里奥利元件520和第二科里奥利元件620一起在x轴方向上的以及第三激励单元710和第四激励单元810连同第三科里奥利元件720和第四科里奥利元件820一起在x轴方向上的两个线性反相振荡。激励模式的谐振频率基本上受激励单元510、610、710和810以及科里奥利元件520、620、720和820的质量、以及弹性元件511、611、711和811、另外的弹性元件531、631、731和831、第一耦合弹性元件561、781以及第二耦合弹性元件58、67的弹性刚度所控制。
检测模式对应于旋转振荡和线性振荡的混合形式。存在第一检测单元530和第二检测单元630围绕其沿z方向的对称轴10的旋转振荡以及第三检测单元730和第四检测单元830围绕其沿z方向的对称轴11的旋转振荡这两个旋转振荡，其中这两个旋转振荡彼此反相，而在这种情况下，第一科里奥利元件520和第二科里奥利元件620以及第三科里奥利元件720和第四科里奥利元件820执行“旋转振荡类型”。由第一y弹性元件521和第二y弹性元件621以及第三y弹性元件721和第四y弹性元件821分别相对于第一激励单元510和第二激励单元610以及第三激励单元710和第四激励单元810，沿y方向引导这两个旋转振荡，并且可以由第一x旋转弹性元件531和第二x旋转弹性元件631以及第三x旋转弹性元件731和第四x旋转弹性元件831分别相对于相应的第一检测单元530和第二检测单元630以及第三检测单元730和第四检测单元830分别使这两个旋转振荡旋转。检测模式的谐振频率基本上受科里奥利元件520、620、720和820以及检测单元530、630、730和830的质量/惯性力矩、以及第四耦合弹性元件5678、第三耦合弹性元件564、784、x旋转弹性元件531、631、731和831以及y弹性元件521、621、721和821的弹性刚度所控制。
第一至第四单独结构500、600、700和800分别具有对激励模式进行激励所利用的第一至第四力传递器514、614、714和814。这些力传递器514、614、714和814还被设计成激励振荡用的分接头，或者可以设置另外的分接头。在所示例子中，示出所谓的梳状驱动器作为力传递器514、614、714和814。
对于本申请，所使用的表述“梳状驱动器”和“平板电容器配置”应当如下来理解：
·“梳状驱动器”是具有“浸液(dipping)”电极的平板形式的电容器配置，即电极的重叠发生变化。通常在浸液电极的两侧选择相同的电极间距。
·“平板电容器配置”是平板形式的电容器配置，其中电极间距在运动期间变化。为了该目的的可能实现是，一方面，在一个移动电极的两侧选择不同的电极间距(当目的是仅使频率失调时，还可以选择相同的电极间距)，另一方面，在移动电极的两侧选择各自处于不同电位的静止电极。
图5中的梳状驱动器包括集成于激励单元510、610、710和810中的移动电极515、615、715和815以及锚定至基板上的电极516、616、716和816。同时，梳状驱动器可用作力传递器并用作分接头。
第一至第四单独结构500、600、700和800分别具有对检测振荡进行检测所利用的第一至第四分接头534、634、734和834。这些分接头还被设计成力传递器以针对复位模式补偿科里奥利力，或者如有必要可以另外设置力传递器。在所示例子中，示出平板电容器配置作为分接头，其中板间距在检测运动期间变化。这些分接头各自包括集成于各个检测单元530、630、730和830中的第一至第四移动电极535、635、735和835以及锚定至基板上的第一至第四电极536、636、736和836。同时，平板电容器配置可以用作力传递器和分接头。
应当强调，由于检测单元不执行激励运动，因此梳状驱动器还可用作检测振荡用的分接头(和/或用作力传递器)。作为检测振荡用的分接头的板间距变化的平板电容器配置具有所施加的电压改变检测模式的谐振频率的特性。一方面，可将该特性有意用于设置频率(设置为双谐振)。另一方面，例如，通过分接头功能用的调制信号或通过(基于旋转速率的)复位电压来调制谐振频率。梳状驱动器不具有该缺点。当使用梳状驱动器时，在板间距变化的情况下可以附加地集成平板电容器配置，以使得可以执行上述频率调整。
还应当注意，还可以为各科里奥利元件设置频率调谐用的力传递器、分接头和/或设备524、624、724和824。所示例子涉及板间距变化的平板电容器配置。该配置包括集成于科里奥利元件520、620、720和820中的移动电极以及锚定至基板上的电极526、626、726和826(在各情况中，仅示出一个电极)。
第一变形的结构具有可以由沿x方向的线性加速和围绕z轴的旋转加速激励的、谐振频率处于有用模式附近的模式。在这种情况下，激励单元510、610、710和810以及科里奥利元件520、620、720和820沿x方向移动。然而，与检测单元沿y方向移动的寄生模式相比较，由此产生的加速度和基于振动的误差小。
在第一变形中，两个检测单元均一起执行旋转振荡。这意味着，在利用具有静止电极536、636、736和836的分接头534、634、734和834的所示例子中，平板电容器配置的板间距的变化是基于位置的，这导致设计和线性化的额外复杂度。例如，当使用上述梳状驱动器作为分接头/力传递器并且利用设备524、624、724和824来执行频率调整时，不存在该额外复杂度。
另外，可以利用额外的弹簧541、641、741和841来提供检测单元的线性振荡(参见针对第五典型实施例的第二变形的图6)，其中额外的弹簧541、641、741和841在x方向上以及在围绕其沿z方向的对称轴旋转期间是软的，但在其它情况下则是尽可能地刚硬，并且经由弹性元件542、642、742和842将检测单元530、630、730和830附加锚定至基板上，其中弹性元件542、642、742和842在y方向上是软的，但在其它方向上则是尽可能地硬。由于将检测单元530、630、730和830连接至科里奥利元件520、620、720和820的弹性元件531b、631b、731b和831b无需具有任何“接头特性”，因此弹性元件531b、631b、731b和831b可被设计成两端式的。
图7所示的第三变形在很大程度上与第一变形相对应，其中具有以下修改：
·对将第一激励单元510和第四激励单元810相连接的弹性元件58b以及将第二激励单元610和第三激励单元710相连接的弹性元件67b进行修改，以使得沿x方向的线性加速未近似引起激励单元510、610、710和810以及科里奥利元件520、620、720和820在x方向上的任何偏转。
在第三变形中，该结构具有可以通过围绕z轴的旋转加速激励的、谐振频率处于有用模式附近的模式。在这种情况下，激励单元510、610、710和810以及科里奥利元件520、620、720和820沿x方向移动。然而，与检测单元沿y方向移动的寄生模式相比较，由此产生的加速度和基于振动的误差小。
图8所示的第四变形在很大程度上与第三变形相对应，其中具有以下修改：
·对将第一激励单元510和第二激励单元610相耦合的弹性元件561b以及将第三激励单元710和第四激励单元810相耦合的弹性元件781b进行修改，以使得围绕z轴的旋转加速也未近似引起激励单元510、610、710和810以及科里奥利元件520、620、720和820在x方向上的偏转。在这种情况下，变更后的弹性元件561b、781b包括y旋转弹性元件562、782和旋转弹簧563、783，其中y旋转弹性元件562、782针对围绕其(沿z方向的)对称轴的旋转以及当沿y方向偏转时是软的，并且在其它情况下则是尽可能地刚硬，并且旋转弹簧563、783是以与旋转弹性元件564、784相对应的方式设计的。
图9示出在很大程度上与第一变形相对应的第五变形，其中，弹簧5678a没有阻挡检测单元530、630和730、830的同相旋转，而仅产生了通用模式和差分模式之间的频率分割。在这种情况下，有用模式的谐振频率尚未显著低于可以通过加速和/或振动激励的并引起大的误差信号的模式的谐振频率。
图10示出第六变形。在这种情况下，第一至第四单独结构100、200、300和400分别仅包括简单的第一至第四振荡结构110、210、310和410。通过xy弹性元件141、241来提供用于产生封闭的激励模式和检测模式的振荡结构110、210、310和410的耦合，其中xy弹性元件141、241在xy平面上是软的，但在其它平面上则是尽可能地硬。另外，可以由y旋转弹簧1234来耦合检测模式。所示的简单耦合是指存在谐振频率低于有用模式的模式。否则，第六变形与第一变形相对应。该检测模式可被看作为两个反相旋转振荡。
图11示出第七变形。在这种情况下，第一至第四单独结构500、600、700和800分别包括由第一至第四激励单元510、610、710和810以及第一至第四采样块550、650、750和850构成的简单的解耦结构。由xy弹性元件58、67来提供向封闭式激励模式的耦合，其中xy弹性元件58、67在x方向和y方向上是软的，但是在其它方向则是尽可能地硬，并且由xy旋转弹簧5678a来提供向封闭式检测模式的耦合，其中xy旋转弹簧5678a在x方向和y方向上以及在围绕其沿z方向的对称轴扭转的情况下是软的，但在其它情况下则是尽可能地硬。所示的简单耦合是指存在谐振频率低于有用模式的模式。否则，第七变形与第一变形相对应。该检测模式可被看作为混合形式。