陀螺仪的或关于陀螺仪的改进.pdf

一种陀螺仪结构(41)包括由八个柔性支腿(44a-44h)从中心毂(43)支撑的环结构(42)。主驱动传感器(45a，45b)和辅助驱动传感器(46a，46b)全部围绕环结构(42)的外周边并以与环结构(42)的外周边间隔开的关系设置以形成电容间隙，并且主采拾传感器(47a，47b)和辅助采拾传感器(48a，48b)全部围绕环结构(42)的内周边并以与环结构(42)的内周边间隔开的关系设置以形成电容间隙。该陀螺仪结构(41)包括与环结构(42)成间隔开的关系以形成电容间隙的十六个电容器板(49a-49p)。两组电容器板(49a-49d和49i-49l)全部围绕环结构(42)的内周边设置，而两组电容器板(49e-49h和49m-49p)全部围绕环结构(42)的外周边设置。每个电容器板(49a-49p)设置成产生作用在环结构(42)上预定的静电力，以局部地调节环结构(42)的刚度。传感器(45a-48b)和电容器板(49a-49p)的定位减少由于温度变化引起的相对于环结构(42)的电容间隙变化的影响，从而改善陀螺仪结构的标度因子。

1.  一种振动结构陀螺仪，包括：半导体基片；振动平面环结构；设置成相对于该半导体基片支撑该环结构的支撑装置，该半导体基片、环结构和支撑装置被设置成彼此基本共面；设置成引起该环结构在主模式的共振频率下以主模式方式振荡的至少一个主驱动传感器；设置成检测主模式中环结构的振荡的至少一个主采拾传感器；设置成检测当绕基本垂直于环结构的轴线施加角速度时引起的辅助模式的振荡的至少一个辅助采拾传感器；设置成抵消所述引起的辅助模式振荡的至少一个辅助驱动传感器，该主驱动传感器和辅助驱动传感器以及主采拾传感器和辅助采拾传感器全部绕该环结构的周边设置；以及绕环结构的周边设置的至少两个振荡频率调节电容器板，使得当在至少一个电容器板和环结构之间施加一电压时，在电容器板和环结构之间产生静电力，以区分地调节所述主模式和辅助模式的频率，以减少主模式频率和辅助模式频率之间的差，其中至少一个电容器板设置在环结构的周边的外侧，而另外一个或多个电容器板设置在环结构的周边的内侧，并且其中至少一个驱动传感器或采拾传感器设置在环结构的周边的内侧，而另外一个或多个驱动传感器或另外一个或多个采拾传感器设置在环结构的周边的外侧。

2.  如权利要求1所述的振动结构陀螺仪，其中电容器板以配合成对的方式设置，并且每对配合成对的电容器板中的至少一个电容器板设置在环结构的周边的外侧，而每对配合成对的电容器板中的另一电容器板设置在环结构的周边的内侧。

3.  如权利要求1或权利要求2所述的振动结构陀螺仪，其中驱动传感器或采拾传感器以配合传感器对的方式设置，并且每对配合传感器中的至少一个传感器设置在环结构的周边的内侧，而每对配合传感器中的另一传感器设置在环结构的周边的外侧。

4.  如权利要求1所述的振动结构陀螺仪，其中电容器板以配合成对的方式设置，并且至少一对配合成对的电容器板设置在环结构的周边的外侧，而另外一对或多对配合成对的电容器板设置在环结构的周边的内侧。

5.  如权利要求1所述的振动结构陀螺仪，其中电容器板以四个为一组的方式设置，并且四个电容器板为一组的至少一组设置在环结构的周边的外侧，而另外一组或多组电容器板设置在环结构的周边的内侧。

6.  如权利要求1或权利要求4或权利要求5所述的振动结构陀螺仪，其中驱动传感器或采拾传感器以配合成对的方式设置，并且至少一对配合成对的驱动传感器或采拾传感器设置在环结构的周边的内侧，而另外一对或多对配合成对的驱动传感器或采拾传感器设置在环结构的周边的外侧。

7.  如权利要求1所述的振动结构陀螺仪，包括以四个为一组的方式设置的十六个电容器板，其中两组电容器板设置在环结构的周边的外侧，而另外两组电容器板设置在环结构的周边的内侧。

8.  如权利要求7所述的振动结构陀螺仪，其中该驱动传感器或采拾传感器以配合成对的方式设置，并且两对配合成对的驱动传感器或采拾传感器设置在环结构的周边的内侧，而另外两对配合成对的驱动传感器或采拾传感器设置在环结构的周边的外侧。

9.  如权利要求7或8所述的振动结构陀螺仪，其中四个电容器板为一组的每个电容器板在四个电容器板为一组的其它组中具有对应的电容器板，并且这些对应的电容器板设置成连接于共用的电压源。

10.  如任何一项前述权利要求所述的振动结构陀螺仪，其中主驱动传感器和辅助驱动传感器、主采拾传感器和辅助采拾传感器以及电容器板设置成彼此基本共面，并且与半导体基片基本共面。

11.  如任何一项前述权利要求所述的振动结构陀螺仪，其中支撑装置包括两个或更多个径向柔性支腿，每个支腿的一端从位于环结构内侧的半导体基片的中心毂支撑，并且每个支腿的另一端连接于环结构的内周边。

12.  如权利要求1至10中任何一项所述的振动结构陀螺仪，其中支撑装置包括两个或更多个径向柔性支腿，每个支腿的一端从环结构外侧的半导体基片支撑，并且每个支腿的另一端连接于环结构的外周边。

13.  如任何一项前述权利要求所述的振动结构陀螺仪，其中半导体基片密封在两个支撑基片之间以形成密封的空腔，该密封的空腔封装所述环结构、支撑装置、主驱动传感器和辅助驱动传感器、主采拾传感器和辅助采拾传感器以及电容器板。

14.  如权利要求13所述的振动结构陀螺仪，其中所述主驱动传感器和辅助驱动传感器、主采拾传感器和辅助采拾传感器以及电容器板均由两个支撑基片之一承载。

15.  如权利要求5至14中任何一项所述的振动结构陀螺仪，其中所述电容器板以四个电容器板为一组的方式设置，四个电容器板构成的组可以绕环结构成角度地设置，使得四个电容器板构成的第一组与环结构的角度θ基本上重合，四个电容器板构成的第二组与偏移90°的θ角重合，四个电容器板构成的第三组与偏移180°的θ角重合，四个电容器板构成的第四组与偏移270°的θ角重合。

陀螺仪的或关于陀螺仪的改进
技术领域
本发明涉及振动结构陀螺仪，该陀螺仪特别但不仅仅适合于用在利用微电子机械系统技术构造的科里奥利型陀螺仪。
背景技术
利用微电子机械系统(MEMS)技术制造的科里奥利型陀螺仪现在广泛地用于各种应用领域。例如，在汽车工业中这种陀螺仪能够用于先进的制动系统、主动式悬架或滚翻检测和防护应用。用于这些用途的陀螺仪的性能要求相对不太高，特别是当与陀螺仪用于制导和控制的常用的航空航天和军事应用相比时。在这种要求苛刻的应用中，MEMS型陀螺仪的使用比较少见，因为就偏移和标度因子稳定性而言，MEMS型陀螺仪的性能通常是不相适应的。
在WO2006006597中所描述的装置是利用MEMS技术制造的科里奥利型陀螺仪的一个例子，并且其构造成满足各种汽车应用的性能要求。这种装置利用参考WO2006006597的图1a和1b(在这里重现为图1a和1b)所描述的con2θ振动模式对运行。在运行中，这些振动模式之一被激发为如轴线P表示的主载波模式，其极限如图1a的虚线所示，当陀螺仪绕垂直于构成该陀螺仪的平面硅环的平面的轴线旋转时产生科里奥利力，该科里奥利力将能量耦合到如轴线S所表示的另一种振动模式，这种振动模式是辅助响应模式，其极限如图1b的虚线所示。在该响应模式中引起的运动的幅值与作用在该陀螺仪上的所施加的旋转速率成正比。
这种陀螺仪通常以闭合回路模式运行。在这种模式中，主载波模式P由连接于锁相回路的主驱动传感器以共振最大值驱动，并且运动的幅值利用相关的自动增益控制回路基本保持在恒定值。该自动增益控制回路设置成将在主采拾传感器中测量的运动幅值与固定的参考值相比较，并且动态地调节该主驱动传感器的驱动能级，以保持恒定的信号电平，并且因此保持恒定的运动幅值。这是很重要的，因为在陀螺仪旋转时引起的科里奥利力的幅值以及因而标度因子与主载波模式运动的幅值成正比。在闭合回路运行模式中，科里奥利力将引起以辅助响应模式S的运动，其利用辅助采拾传感器检测，这种运动借助于辅助驱动传感器抵消。应当懂得，由辅助驱动传感器产生以保持上述抵消的驱动力的值是由于作用在陀螺仪上的科里奥利力而施加的旋转速率的直接表示。
就标度因子而言，这种陀螺仪的精度和稳定性因此取决于主采拾传感器和辅助驱动传感器的精度。主采拾传感器或辅助驱动传感的增益变化将直接影响标度因子。对于在WO2006006597中所描述的装置，主采拾传感器和辅助驱动传感器两者的增益主要由平面硅环和与主采拾传感器或辅助驱动传感器相关的各个传感器板之间的电容间隙的稳定性来确定。业已知道，由于制造该装置的各种材料的热膨胀，这些间隙在陀螺仪运行的温度范围上发生变化。为了使电容间隙上温度引起的变化的效应最小，希望，在可能的情况下，用选择的材料制造陀螺仪，这些材料具有较低的和匹配良好的热膨胀系数。但是，这种选择的材料的热膨胀仍然引起标度因子的显著变化，这本身又限制由陀螺仪能够实现的性能水平。
利用平面硅环结构的装置通常要求con2θ振动模式频率，即，主载波模式和辅助响应模式的频率精确地匹配。这给出最大的灵敏度，因为由科里奥利力引起的运动被辅助响应模式的品质因数放大。由辅助响应模式引起的品质因数放大能够达到几千的量级。MEMS制造工艺能够生产具有高精度的平面硅环结构。但是，在这种结构的几何形状中的小缺陷通常在主载波模式频率和辅助响应模式频率之间产生小残余频率分割。对于国际专利申请号WO2006/006597中所描述的装置，这种频率分割通过利用附加的传感器在该装置运行期间能够得以补偿，该附加的传感器在结构上类似于设置在该平面硅环外侧的驱动传感器和采拾传感器。每个附加的传感器设置在平面硅环的内侧。因此，当在附加传感器的电容器板和平面硅环之间施加DC电压补偿(offset)时，产生用作负弹簧的静电力，并且使平面硅环的刚度能够被局部地调节。因此，利用这种附加传感器，振动模式频率能够区分地调节，以确保振动模式频率精确地匹配。
由附加传感器施加的静电力将取决于附加传感器的电容器板与平面硅环之间的电容间隙。由于热膨胀导致的电容间隙的变化将引起整个温度范围内的振动模式频率之间的变化，从而引起主载波模式频率和辅助响应模式频率之间的频率分割。这种频率分割通常将引起辅助响应模式的振荡，这种振荡为相位正交形式，即，相对于通过施加旋转速率引起的运动具有90°的相位关系，并且即便当该装置不旋转时也能够出现。当与用来提供旋转速率信息所用的同相位信号相比时，由这种运动引起的信号幅值能够很大。在存在大的正交信号的情况下，恢复所需运动引起信号对检测系统的相位将提出严格的要求。
精确定相的电子设备能够基本上除去正交信号。但是，对这种定相位能够实现的精度的实际限制意味着一些正交信号通常仍然损害真实旋转引起的同相位信号。这种限制是这种类型陀螺仪的偏移误差的主要来源。
发明内容
根据本发明的一方面，一种振动结构陀螺仪，包括：半导体基片；振动平面环结构；设置成相对于该半导体基片支撑该环结构的支撑装置，该半导体基片、环结构和支撑装置被设置成彼此基本共面；设置成引起该环结构在主模式的共振频率下以主模式方式振荡的至少一个主驱动传感器；设置成检测主模式中环结构的振荡的至少一个主采拾传感器；设置成检测当绕基本垂直于环结构的轴线施加角速度时引起的辅助模式的振荡的至少一个辅助采拾传感器；设置成抵消所述引起的辅助模式振荡的至少一个辅助驱动传感器，该主驱动传感器和辅助驱动传感器以及主采拾传感器和辅助采拾传感器全部绕该环结构的周边设置；以及绕环结构的周边设置的至少两个振荡频率调节电容器板，使得当在至少一个电容器板和环结构之间施加一电压时，在电容器板和环结构之间产生静电力，以区分地调节所述主模式和辅助模式的频率，以减少主模式频率和辅助模式频率之间的差，其中至少一个电容器板设置在环结构的周边的外侧，而另外一个或多个电容器板设置在环结构的周边的内侧，并且其中至少一个驱动传感器或采拾传感器设置在环结构的周边的内侧，而另外一个或多个驱动传感器或另外一个或多个采拾传感器设置在环结构的周边的外侧。
电容器板可以以配合成对的方式设置，并且每对配合成对的电容器板中的至少一个电容器板可以设置在环结构的周边的外侧，而每对配合成对的电容器板中的另一电容器板可以设置在环结构的周边的内侧。驱动传感器或采拾传感器可以以配合传感器对的方式设置，并且每对配合传感器中的至少一个传感器可以设置在环结构的周边的内侧，而每对配合传感器中的另一传感器可以设置在环结构的周边的外侧。
电容器板可以以配合成对的方式设置，并且至少一对配合成对的电容器板可以设置在环结构的周边的外侧，而另外一对或多对配合成对的电容器板可以设置在环结构的周边的内侧。
电容器板可以以四个为一组的方式设置，并且四个电容器板为一组的至少一组可以设置在环结构的周边的外侧，而另外一组或多组电容器板可以设置在环结构的周边的内侧。
驱动传感器或采拾传感器可以以配合成对的方式设置，并且至少一对配合成对的驱动传感器或采拾传感器可以设置在环结构的周边的内侧，而另外一对或多对配合成对的驱动传感器或采拾传感器可以设置在环结构的周边的外侧。
该振动结构陀螺仪可以包括以四个为一组的方式设置的十六个电容器板，其中两组电容器板可以设置在环结构的周边的外侧，而另外两组电容器板可以设置在环结构的周边的内侧。
该驱动传感器或采拾传感器可以以配合成对的方式设置，并且两对配合成对的驱动传感器或采拾传感器可以设置在环结构的周边的内侧，而另外两对配合成对的驱动传感器或采拾传感器可以设置在环结构的周边的外侧。
四个电容器板为一组的每个电容器板可以在四个电容器板为一组的其它组中具有对应的电容器板，并且这些对应的电容器板可以设置成连接于共用的电压源。
主驱动传感器和辅助驱动传感器、主采拾传感器和辅助采拾传感器以及电容器板可以设置成彼此基本共面，并且与半导体基片基本共面。
支撑装置可以包括两个或更多个径向柔性支腿，每个支腿的一端可以从位于环结构内侧的半导体基片的中心毂支撑，并且每个支腿的另一端可以连接于环结构的内周边。可选地，支撑装置可以包括两个或更多个径向柔性支腿，每个支腿的一端可以从环结构外侧的半导体基片支撑，并且每个支腿的另一端可以连接于环结构的外周边。
半导体基片可以密封在两个支撑基片之间以形成密封的空腔，该密封的空腔可以封装所述环结构、支撑装置、主驱动传感器和辅助驱动传感器、主采拾传感器和辅助采拾传感器以及电容器板。
所述主驱动传感器和辅助驱动传感器、主采拾传感器和辅助采拾传感器以及电容器板均可以由两个支撑基片之一承载。
所述电容器板可以以四个电容器板为一组的方式设置，四个电容器板构成的组可以绕环结构成角度地设置，使得四个电容器板构成的第一组与环结构的角度θ基本上重合，四个电容器板构成的第二组与偏移90°的θ角重合，四个电容器板构成的第三组与偏移180°的θ角重合，四个电容器板构成的第四组与偏移270°的θ角重合。
附图说明
下面参考附图仅以举例的方式描述本发明，其中
图1a示意地示出根据现有技术的陀螺仪环和主载波振动模式的径向位移的作用；
图1b示意地示出根据现有技术的陀螺仪环和辅助响应振动模式的径向位移的作用；
图2是根据现有技术的陀螺仪的环结构和电容器板布局的俯视图；
图3是沿着A-A剖面线的图2的环结构的剖视图，示出根据现有技术的陀螺仪的支撑玻璃结构和电容器板布局；
图4是根据本发明的陀螺仪环结构和电容器板布局的俯视图；
图5是沿着B-B剖面线的图4的环结构的剖视图，示出根据本发明的陀螺仪的支撑玻璃结构和电容器板布局。
具体实施方式
参考图2，如WO2006/006597中所描述的陀螺仪的结构具有由八个柔性支腿4a至4h从中心毂3支撑的环结构2。驱动传感器5a、5b、6a和6b以及采拾传感器7a、7b、8a和8b全部围绕该环结构2的外圆周设置，并且每个与环结构2间隔开以形成电容间隙。在闭合回路运行中，两个相对的主驱动传感器5a和5b用于激励环结构2的主运动。激励的主运动由两个相对的主采拾传感器7a和7b检测。科里奥利力引起的环结构2的运动用两个相对的辅助采拾传感器8a和8b检测，并且这种科里奥利引起运动利用两个相对的辅助驱动传感器6a和6b抵消。陀螺仪结构1包括十六个电容器板9a至9p，电容器板9a至9p全部设置在环结构2的里面，并且每个与环结构2间隔开以形成电容间隙。每个电容器板9a至9p设置成产生作用在环结构2上的预定的静电力，以局部地调节该环结构2的刚度。
在可选的实施例中，驱动传感器5a、5b、6a和6b以及采拾传感器7a、7b、8a和8b能够全部绕围绕该环结构2的内圆周设置，并且电容器板9a至9p度能够全部绕围绕该环结构2的外圆周设置。
因此，当以参考图2所描述的闭合回路运行模式运行时，陀螺仪结构1的标度因子SF_RATE可以由公式1给出：
SFRATE=GBV0ωkgppogSD]]>公式1
其中V₀是主模式幅值设置电平，ω是主模式共振频率，k是包括该共振器尺寸和电子增益的常数，GB是布莱恩因子，其是模态耦合系数，g_ppo是主采拾增益，而g_SD是辅助驱动增益。
主采拾增益g_ppo和辅助驱动增益g_SD用主采拾传感器7a和7b以及辅助驱动传感器6a和6b的面积换算。因此，在主采拾传感器7a和7b以及辅助驱动传感器6a和6b的面积用A表示，并且环结构2与主采拾传感器7a和7b以及辅助驱动传感器6a和6b之间的间隙用d表示的情况下，
gppo∝gSD∝Ad2]]>公式2
从上面的公式1和公式2将看到，间隙d的变化将引起标度因子比较大的改变，标度因子随着d⁴变化。
参考图3，其中已经使用的相似的附图标记用于表示和图2所示的相似的部件，陀螺仪1的环结构2用层10形成，层10用大块结晶硅制造。环结构2从中心毂3支撑，而中心毂3刚性地固定于靠近层10的玻璃支撑层11和12。玻璃支撑层11和12通常用硅硼酸耐热玻璃(RTM)制造。也用结晶硅制造的电容器板9h和9p直接粘接于玻璃支撑层11。支腿4d和4h从中心毂3支撑环结构2。
因此，当围绕陀螺仪结构1的环境温度变化时，陀螺仪结构1的尺寸由于热膨胀将引起变化。环结构2相对中心毂3的位移将由制造该结构的硅材料的膨胀率来确定。刚性地固定于层11的主采拾传感器7a和7b以及辅助驱动传感器6a和6b的位移将由用来制造层11的玻璃材料的膨胀率来确定。环结构2与主驱动传感器5a、5b和辅助驱动传感器6a、6b以及主采拾传感器7a、7b和辅助采拾传感器8a、8b之间的间隙的变化，以及环结构2和电容器板9a至9p之间的间隙变化，因此主要由分别用来制造玻璃支撑层11的玻璃材料和制造环结构2的硅材料的不同的膨胀率来确定，其通常为10微米量级。陀螺仪结构1的整个运行温度范围通常为-40至+85℃，在这一范围上，玻璃材料和硅材料之间的不同的膨胀率足以引起环结构2和主驱动传感器5a、5b和辅助驱动传感器6a和6b以及主采拾传感器7a、7b、和辅助采拾传感器8a、8b之间的间隙的变化，以及环结构2和电容器板9a至9p之间的间隙的变化，并且因此引起陀螺仪结构1的标度因子的变化。
对于这种陀螺仪结构1，标度因子与温度的关系表示为：
SF∝1gppogSD∝(d+Δd)4]]>公式3
其中Δd是与环结构2与每个主采拾传感器7a、7b和每个辅助驱动传感器6a、6b之间的间隙变化相关的温度从正常的室温值d的变化。假定环结构2与主采拾传感器7a、7b以及辅助驱动传感器6a、6b之间的间隙，以及它们随着温度的变化是相同的，对于径向对称的环结构来说这是合理的。
利用硅和玻璃的膨胀系数的值，发明人通过该陀螺仪结构1的有限元模拟已经知道，环结构2与每个主采拾传感器7a、7b和每个辅助驱动传感器6a、6b之间的间隙在陀螺仪结构1的-40至+85℃的运行温度范围内将变化大约2％。由于d4的关系，因此标度因子在该温度范围内将变化大约8％。
还有，对于用极好的径向各向同性的材料精确地制造的环结构2，发明人已经知道，陀螺仪结构1的两个运行模式频率将精确地匹配。但是，对制造精度和材料的各向同性的实际限制通常导致在所述运行模式频率之间的小残余频率分割。这种残余的缺陷也将围绕该环结构2相对于驱动传感器5a、5b、6a和6b和采拾传感器7a、7b、8a和8b的角度位置沿着任意轴线调整该模式对准。当环结构2沿着其主模式轴线被驱动时，这种缺陷将引起沿着辅助模式轴线的运动，沿着辅助模式轴线的运动与沿着主模式轴线的运动相位正交。在通常的闭合回路运行中，这种运动借助于由辅助驱动传感器6a和6b施加于该环结构2的适当定相的辅助驱动力来消除。这个力的幅值叫做正交偏移Ω_Quad，并且确定为：
Ω_Quad＝C×ΔF×sin4α    公式4
其中ΔF是模式频率分割，α是相对于主驱动轴线的模式角，而C是包括用于电子驱动增益和电容器板和/或传感器尺寸各项的常数。由于制造工艺的实际限制，ΔF通常在±10Hz的范围内并且能够沿着相对于主驱动轴线的任何角度α。为了精确地运行，正交偏移Ω_Quad的幅值必须保持在一定的限度内，使得它不超过辅助驱动传感器6a和6b的驱动能力。这些限制要求ΔF必须被调节到小于±1Hz。这是通过施加于围绕环结构2的内圆周设置的电容器板9a至9p用以调节模式频率的固定的DC电压来实现。这具有施加电弹簧的作用，该电弹簧调节整个谐振器刚度并且因此调节模式频率ω，如下：
ω=K+KElecm]]>公式5
其中K是环结构2的弹簧常数，K_Elec是电弹簧常数，而m是环结构2的模态质量。由单个电容器板9a至9p施加的电弹簧常数由公式6给出：
KElec=-ϵ0AΔV2d3]]>公式6
其中ε₀是自由空间的介电常数，A是相关电容器板9a至9p的面积，ΔV是环结构2和相关电容器板9a至9p之间的DC电压差，而d是相关电容器板9a至9p和环结构2之间的间隙距离。
如果陀螺仪结构1的控制电路是理想的，那么它将能够精确地区分所施加的以抵消科里奥利力引起的运动的同相位力和正交抵消力。但是，实际上，控制电路不是理想的，并且存在小的相位误差Φ_E。这使正交偏移的分量偶合成用作度量施加的旋转速率的速率通道(ratechannel)，这带来速率偏移误差Ω_ERR。这个误差Ω_ERR的幅值由公式7给出：
Ω_ERR＝C×ΔF×sin 4α×sinφ_E    公式7
参考图4，陀螺仪结构41包括由八个柔性支腿44a至44h从中心毂43支撑的环结构42。驱动传感器45a、45b、46a和46b以及采拾传感器47a、47b、48a和48b全部围绕该环结构42的圆周设置，并且每个与环结构42间隔开以形成电容间隙。应当指出，主驱动传感器45a和45b以及辅助驱动传感器46a和46b全部绕环结构42的外周边并且以与环结构42的外周边间隔开的关系设置，而主采拾传感器47a和47b以及辅助采拾传感器48a和48b全部围绕环结构42的内周边并且以与环结构42的内周边间隔开的关系设置。在闭合回路运行中，两个相对的主驱动传感器45a和45b用于激励环结构42的主运动。激励的主运动由两个相对的主采拾传感器47a和47b检测。并且这种科里奥利力引起的环结构42的运动用两个相对的辅助采拾传感器48a和48b检测，并且这种科里奥利力引起的运动利用两个相对的辅助驱动传感器46a和46b抵消。由辅助驱动传感器46a和46b产生以保持所述抵消的驱动力的值是由于陀螺仪结构41上的科里奥利引起力施加的旋转速率的直接表示。
陀螺仪结构41包括十六个电容器板49a至49p，电容器板49a至49p全部围绕环结构42的周边设置，并且每个与环结构42间隔开以形成电容间隙。应当指出，电容器板49a至49p分成四个组，每四个电容器板49a至49d、49e至49h、49i至49l以及49m至49p为一组。而且，49a至49d为一组、49i至49l为一组的电容器板全部围绕环结构42的内周边并且以与环结构42的内周边间隔开的关系设置，而49e至49h为一组以及49m至49p为一组的电容器板全部围绕环结构42的外周边并且以与环结构42的外周边间隔开的关系设置。每个电容器板49a至49p设置成产生作用在环结构42上的预定的静电力，以局部地调节该环结构42的刚度。四个电容器板49a至49d为一组的这一组围绕环结构42成角度地设置，以与环结构42的角度θ基本重合，四个电容器板49e至49h为一组的另一组围绕环结构42成角度地设置，以与偏离90°的角度θ基本重合，四个电容器板49i至49l为一组的另一组围绕环结构42成角度地设置，以与偏离180°的角度θ基本重合，而四个电容器板49m至49p为一组的最后一组围绕环结构42成角度地设置，以与偏离270°的角度θ基本重合。
参考图5，其中已经使用的相似的附图标记表示与图4中所示的相似的部件。陀螺仪结构41的环结构42形成在层50中，层50用大块结晶硅制造。环结构42从中心毂43支撑，而中心毂43刚性地固定于靠近层50的玻璃支撑层51和52。玻璃支撑层51和52通常用硅硼酸耐热玻璃(RTM)制造。也用结晶硅制造的电容器板49h和49h直接粘接于玻璃支撑层51。支腿44a和44d从中心毂43支撑环结构42。
图5在左手侧上还示出在环结构42外侧的主驱动传感器45a和在环结构42内侧的电容器板49a，而在右手侧上，辅助采拾传感器48a在环结构42的内侧，电容器板49h在环结构42的外侧。
因此，对于设置在环结构42的内侧的主采拾传感器47a和47b而言，热膨胀将导致其间隙距离的变化与设置在环结构42的外侧辅助驱动传感器46a和46b的间隙距离的变化相反。因此，当温度增加时，位于内侧的每个主采拾传感器47a和47b与环结构42之间的间隙将减少一个量，这个量与位于外侧的辅助驱动传感器46a和46b之间的间隙的相关增加量基本相同。我们还记得，正是主采拾增益g_PPO和辅助驱动增益g_SO影响标度因子，并且这是分别直接受环结构42和每个主采拾传感器47a和47b以及每个辅助驱动传感器46a和46b之间的电容间隙直接影响的参数。因此，间隙变化对陀螺仪结构41的标度因子的影响减少。
而且，陀螺仪结构41还减少环结构42与主驱动传感器45a、45b和辅助驱动传感器46a、46b、主采拾传感器47a、47b和辅助采拾传感器48a、48b以及电容器板49a至49b之间的间隙变化的影响。
对于陀螺仪结构41，标度因子温度变化能够表示为：
SF∝1gppogSD∝(d+Δd)2(d-Δd)2]]>公式8
如参考图2所述，对于具有全部布置在环结构2外侧的驱动传感器5a、5b、6a和6b以及采拾传感器7a、7b、8a和8b并且因此具有如公式3所述的标度因子变化的陀螺仪结构1，2％的间隙距离变化(即，Δd/d＝0.02)将引起大约8％的标度因子变化，尽管间隙距离的变化对于每个传感器5a、5b、6a、6b、7a、7b、8a和8b基本上相同。但是，正如参考图4所述，对于构造成具有设置在环结构42的外侧的辅助驱动传感器46a、46b和设置在该环结构内侧的主采拾传感器47a、47b的陀螺仪结构41而言，重要的是，因此具有如公式8所述的标度因子变化，2％的间隙距变化将引起0.1％的标度因子变化。比较公式3和公式8表明，能够实现标度因子的差不多两个数量级的改善。
但是，只有当位于外侧的传感器45a、45b、46a和46b和电容器板49e至49h和49m至49p与环结构42之间的间隙变化Δd，以及位于内侧的传感器47a、47b、48a和48b以及电容器板49a至49b和49i至49l之间的间隙变化Δd基本上相等并相反时这才是正确的。实际上，这种改善稍稍小于预期的改善，原因有二。第一，虽然面向环结构42的传感器45a、45b、46a、46b、47a、47b、48a和48b和电容器板49a至49p的表面与中心毂43以非常相同的距离间隔开，但是位于内侧的传感器47a、47b、48a和48b和电容器板49a至49d和49i至49l与位于外侧的传感器45a、45b、46a和46b和电容器板49e至49h和49m至49p分开环结构42的宽度。这意味着，对于位于外侧的传感器45a、45b、46a和46b和电容器板49e至49h和49m至49p来说，热膨胀作用在稍大的距离上，因此与位于内侧的传感器47a、47b、48a和48b和电容器板49a至49d和49i至49l相比，将经受稍微大的间隙尺寸变化。第二，粘接于玻璃层51的硅层50的面积将抑制玻璃层51的膨胀，因此，干扰两个层501和51的膨胀率。
在图4中，每个采拾传感器47a、47b、48a和48b设置在环结构42的内侧传统上被电容器板占据的位置上。电容器板49e至49h和49m至49p设置在环结构42的外侧传统上被采拾传感器所占据的位置上。
与电容器板49a至49p与环结构42之间的间隙上温度相关变化对由电容器板49a至49p产生的用来平衡环结构42的静电力的影响也将以类似于标度因子关系的方式被改善。
对于图2所示的陀螺仪结构1，电容器板9a至9p以四个一组的方式应用，其中以角度θ、θ+90°、θ+180°以及θ+270°设置的板具有共用的施加电压。应当指出，角度θ从陀螺仪结构1的主模式轴线测量。对于四个板一组的单个组来说，电弹簧常数k_Elec与温度的关系表示如下：
kElec∝4A(d-Δd)3]]>公式9
因此，对于2％的间隙变化，k_Elec将变化6％，这在陀螺仪结构1的整个运行温度范围内能够引起正交偏移的显著变化。
至于图4所示的陀螺仪结构41，当电容器板49a至49p重新布置时，弹簧常数k_Elec与温度的关系变成：
kElec∝2A(d+Δd)3+2A(d-Δd)3]]>公式10
间隙的变化减小到大约0.2％，使得正交偏移变化大大地减少，这本身又导致速率偏移稳定性明显地改善。
因此，在陀螺仪结构41中能够实现标度因子和正交偏移的改善能。
虽然图4的装置示出每个采拾传感器47a、47b、48a和48b能够设置在环结构42的内侧，而每个电容器板49e至49h和49m至49p能够设置在环结构421的外侧，其中每个驱动传感器45a、45b、46a和46b设置在环结构42的外侧，而每个电容器板49a至49d和49i至49l设置在环结构42的内侧，但是，应当理解，每个驱动传感器45a、45b、46a和46b能够设置在环结构42的内侧传统上被电容器板所占据的位置，而电容器板49a至49d和49i至49l反过来又能够设置在环结构42的外侧传统上被驱动传感器所占据的位置，其中每个采拾传感器47a、47b、48a和48b设置在环结构42的外侧，而每个电容器板49e至49h和49m至49p设置在环结构421的内侧。作为另一种可选方案，只有一些驱动传感器和一些采拾传感器能够设置在环结构的内侧传统上电容器板所占据的位置，而反过来电容器板又能够设置在环结构的外侧传统上被驱动或采拾传感器所占据的位置。
应当理解，环结构42能够基本上是圆形的、弯曲的、钩形的、多边形的等形状结构。
而且，应当理解，在环结构2内的层50的硅有效区也可以用来提供电路，该电路能与位于环结构内侧的传感器一起使用，因而更好地使用硅有效区。例如，在环结构内的层50能够用来提供JFET放大器，用于从采拾传感器47a、47b、48a或48b其中之一输出的信号。