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DE19834535C1 - Micromechanical rotation rate sensor to measure tilting by Coriolis force in container filled with liquid uses ductile membrane, supplied with piezoelectrically stimulated elements - Google Patents

Micromechanical rotation rate sensor to measure tilting by Coriolis force in container filled with liquid uses ductile membrane, supplied with piezoelectrically stimulated elements

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Publication number
DE19834535C1
DE19834535C1 DE1998134535 DE19834535A DE19834535C1 DE 19834535 C1 DE19834535 C1 DE 19834535C1 DE 1998134535 DE1998134535 DE 1998134535 DE 19834535 A DE19834535 A DE 19834535A DE 19834535 C1 DE19834535 C1 DE 19834535C1
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DE
Germany
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rotation rate
rate sensor
container
membrane
liquid
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DE1998134535
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German (de)
Inventor
Konrad Lentner
Gerald Sobotta
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Publication date
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    • G01C19/56Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5698Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using acoustic waves, e.g. surface acoustic wave gyros
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Abstract

A closed container (1), filled with a liquid, swivels in a frame (3). One of its sides is formed by a ductile membrane (21), supplied with piezoelectrically stimulated elements (22). A sufficiently strong stimulation in the membrane creates a variable progressive wave, causing rotating motion in the container's liquid. As the unit turns, Coriolis force causes the container to rotate, and the rotation is measured.

Description

Die Erfindung betrifft einen mikromechanischen Drehratensensor.The invention relates to a micromechanical rotation rate sensor.

Für die unterschiedlichen Aufgaben der Zustandsschätzung eines mechanischen Systems, z. B. bei Navigations- oder Positionieraufgaben, sind neben Beschleunigungssensoren insbesondere auch Drehratensensoren erforderlich. Auch bei der Erkennung extremer Bewegungszustände, wie sie z. B. beim Schleudern eines Fahrzeugs auftreten, können Drehratensensoren eingesetzt werden. Für hochgenaue Anwendungen werden zumeist mechanische Kreisel oder auch Faserkreisel verwendet. Diese haben jedoch den Nachteil, daß sie kostspielig sind und von daher für eine breite Anwendung nur wenig geeignet sind.For the different tasks of the state estimation of a mechanical Systems, e.g. B. in navigation or positioning tasks are next to Acceleration sensors in particular also required rotation rate sensors. Also in the detection of extreme movement conditions, such as z. B. at If a vehicle is skidding, yaw rate sensors can be used become. Mechanical gyroscopes are usually used for high-precision applications or fiber gyroscope used. However, these have the disadvantage that they are expensive and therefore not very suitable for a wide range of applications are.

Dagegen bietet sich für die Massenfertigung die Mikrosystemtechnik an, in der bereits verschiedenartige Drehratensensoren realisiert wurden. Dabei wird zumeist als physikalischer Effekt die Corioliskraft genutzt, wobei verschiedene Varianten, wie Stimmgabel, Doppelstimmgabel, schwingende Stäbe und ähnliches als Drehratensensoren bekannt sind.In contrast, microsystem technology is ideal for mass production, in which Different types of rotation rate sensors have already been implemented. Doing so mostly used as a physical effect, the Coriolis force, with various Variants such as tuning fork, double tuning fork, swinging rods and Similar are known as rotation rate sensors.

In der DE 40 22 495 A1 wird ein mikromechanischer Drehratensensor mit einem Schwinger beschrieben, der über Stege mit einem festen Rahmen verbunden ist. Bei einer Schwingung in einer ersten Schwingungsrichtung kann eine Auslenkung des Schwingers in einer zweiten Schwingungsrichtung gemessen werden. DE 40 22 495 A1 describes a micromechanical rotation rate sensor with a Schwinger described, which is connected to a fixed frame via webs. With a vibration in a first direction of vibration a deflection of the vibrator in a second direction of vibration be measured.  

In der DE 195 28 961 A1 ist ein mikromechanischer Drehratensensor nach dem Stimmgabelprinzip beschrieben. Dabei werden die Zinken einer Stimmgabel in einer Richtung zu Schwingungen angeregt und durch ein Sensorelement wird die Torsion der Stimmgabelaufhängung registriert, die bei einer Drehung des Systems um eine zur Stimmgabelaufhängung parallele Achse auftritt.DE 195 28 961 A1 describes a micromechanical rotation rate sensor according to the Principle of tuning fork described. The prongs of a tuning fork are in one Direction to vibrate and the torsion of the sensor element Tuning fork suspension registered when the system is rotated by one Tuning fork suspension occurs parallel axis.

Neben den bekannten mikromechanischen Drehratensensoren ist im US Patent Nr. 4,903,531 ein akustischer Drehratensensor gezeigt, bei dem ein Behälter mit einer Flüssigkeit gefüllt ist und eine erste akustische Resonanzmode in der Flüssigkeit erzeugt wird. Bei Drehung des Behälters wird aufgrund der Corioliskraft eine zweite akustische Resonanzmode erzeugt, die zur Bestimmung der Drehrate gemessen wird.In addition to the known micromechanical rotation rate sensors, US Pat. 4,903,531 an acoustic rotation rate sensor shown, in which a container with a Liquid is filled and generates a first acoustic resonance mode in the liquid becomes. When the container rotates, a second acoustic signal is generated due to the Coriolis force Resonance mode generated, which is measured to determine the rotation rate.

Ein Nachteil der bekannten Sensoren, die auf dem Corioliseffekt basieren, ist ihre geringe Empfindlichkeit und die hohe Drift. Insbesondere bei mikromechanischen Stimmgabelsensoren können Quereffekte auftreten, die die Empfindlichkeit bzw. Genauigkeit beeinträchtigen können. Um einerseits die Quereffekte zu reduzieren und andererseits Strukturschwingungen durch Selbsterregung zu vermeiden, benötigen die bekannten Stimmgabelsensoren einen hochsymmetrischen Aufbau, was einen großen Aufwand und hohe Kosten zur Folge hat. Unsymmetrien in der Massenverteilung können aufgrund von Fertigungstoleranzen entstehen und zu einer unerwünschten Querempfindlichkeit der Stimmgabel beitragen. Derartige Systeme erfordern deshalb nachträgliche Abgleichmaßnahmen, die jedoch ebenfalls einen hohen Aufwand erfordern und somit für eine Massenfertigung problematisch sind. Aufgrund des oszillierenden Massenträgheitsmoments ist die Empfindlichkeit begrenzt.A disadvantage of the known sensors which are based on the Coriolis effect is their low level Sensitivity and high drift. Especially with micromechanical Tuning fork sensors can cause cross effects that affect the sensitivity or Accuracy can affect. To reduce the cross effects on the one hand and on the other hand, to avoid structural vibrations through self-excitation known tuning fork sensors have a highly symmetrical structure, which is a large Effort and high costs. Unbalances in the mass distribution can arise due to manufacturing tolerances and an undesirable Contribute cross sensitivity of the tuning fork. Such systems therefore require subsequent adjustment measures, which, however, also require a lot of effort and are therefore problematic for mass production. Because of the oscillating Mass moment of inertia, the sensitivity is limited.

Dagegen haben freidrehende Kreisel, die in konventioneller Technologie gefertigt werden, einen hohen Eigendrehimpuls und somit eine hohe Empfindlichkeit. Sie benötigen jedoch Drehlager bzw. rotierende Bauteile, was zu Problemen hinsichtlich Reibung und Lebensdauer führt. Eine direkte Übertragung des Kreiselprinzips in Siliziumtechnik ist nicht möglich, da Drehlager mit geringen Reibungsmomenten und sehr hoher Lebensdauer in dieser Technologie nicht zur Verfügung gestellt werden können.On the other hand, freely rotating gyros that are manufactured using conventional technology have a high intrinsic angular momentum and thus a high sensitivity. You need however Rotary bearings or rotating components, which lead to problems regarding friction and Service life. A direct transfer of the gyro principle in silicon technology is not possible because pivot bearings with low friction moments and a very long service life in this technology cannot be made available.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen mikromechanischen Drehratensensor zu schaffen, der eine hohe Empfindlichkeit und eine geringe Drift aufweist und für eine kostengünstige Massenfertigung geeignet ist.It is therefore the object of the present invention to provide a micromechanical To create rotation rate sensor, which is high sensitivity and low Has drift and is suitable for inexpensive mass production.

Diese Aufgabe wird gelöst durch den mikromechanischen Drehratensensor gemäß Patentanspruch 1. Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.This task is solved by the micromechanical rotation rate sensor according to claim 1. Further advantageous features, aspects and details the invention result from the dependent claims, the description and the drawings.

Der mikromechanische Drehratensensor gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt einen geschlossen Behälter zur Aufnahme einer Flüssigkeit, der schwenkbar gelagert ist, eine Antriebseinheit, um die Flüssigkeit im Behälter in eine Rotationsbewegung zu versetzen, und Mittel zur Erfassung einer Auslenkung des Behälters und/oder eines auf den Behälter wirkenden Drehmoments, wobei die Antriebseinheit eine an die Flüssigkeit gekoppelte, verformbare Membran und Mittel zur Erzeugung einer in der Membran umlaufenden Wanderwelle umfaßt, die die Flüssigkeit antreibt. Durch die Vermeidung von Drehlagern, die durch die besondere Gestaltung der Antriebseinheit möglich ist, wird eine hohe Lebensdauer erzielt. Die rotierende Flüssigkeit bewirkt einen hohen Drehimpuls und somit eine hohe Empfindlichkeit.The micromechanical rotation rate sensor according to the present invention comprises a closed container for holding a liquid, the is pivotally mounted, a drive unit to the liquid in the container to cause a rotational movement and means for detecting a deflection of the container and / or a torque acting on the container, wherein the drive unit has a deformable membrane coupled to the liquid and means for generating a traveling wave circulating in the membrane includes which drives the liquid. By avoiding pivot bearings that is possible through the special design of the drive unit, a high Lifetime achieved. The rotating liquid causes a high angular momentum and therefore a high sensitivity.

Vorzugsweise umfaßt die Membran piezoelektrisch anregbare Bereiche bzw. piezoelektrische Elemente, die an die Membran gekoppelt sind. Die piezoelektrischen Elemente können ringförmig auf der bevorzugt scheibenförmigen Membran angeordnet sein, wobei sie vorzugsweise jeweils mit einem Sektor der Membran gekoppelt sind. Dadurch wird eine hohe Effektivität des Flüssigkeitsantriebs erreicht, bei einer kostengünstigen Bauweise und geringem Aufwand zur Steuerung.The membrane preferably comprises piezoelectrically excitable regions or piezoelectric elements coupled to the membrane. The Piezoelectric elements can be ring-shaped on the preferred disc-shaped membrane may be arranged, preferably with each a sector of the membrane are coupled. This makes it highly effective  of the liquid drive achieved with an inexpensive design and little effort for control.

Vorzugsweise ist der Drehratensensor aus Silizium bzw. in Siliziumtechnik gefertigt. Dadurch ist er besonders zur Massenfertigung geeignet und es kann ein hoher Miniaturisierungsgrad erreicht werden.The rotation rate sensor is preferably made of silicon or using silicon technology manufactured. This makes it particularly suitable for mass production and it can a high degree of miniaturization can be achieved.

Im Behälter dient vorzugsweise ein zylindrischer Hohlraum zur Aufnahme der Flüssigkeit, der bevorzugt auf einer Seite von der scheibenförmigen Membran begrenzt ist. Insbesondere können die Geometrie des Behälters und die Amplitude und die Umlaufgeschwindigkeit der Wanderwelle aufeinander abgestimmt sein. Der Behälter ist bevorzugt um zwei senkrecht aufeinander stehende Achsen schwenkbar gelagert und er kann in Form einer flachen Scheibe ausgebildet sein. Der Drehratensensor kann z. B. als kapazitiv gefesseltes System ausgestaltet sein und die Mittel zur Messung der Auslenkung des Behälters können kapazitiv, elektrostatisch, magnetisch, piezoresistiv und/oder durch Messen der Torsion einer Aufhängung des Behälters wirken.A cylindrical cavity in the container preferably serves to receive the Liquid, preferably on one side of the disc-shaped membrane is limited. In particular, the geometry of the container and the Amplitude and the rotational speed of the traveling wave on each other be coordinated. The container is preferably perpendicular to one another by two standing axes pivoted and it can be in the form of a flat Disk be formed. The rotation rate sensor can e.g. B. as capacitive tied up system and the means for measuring the deflection of the container can be capacitive, electrostatic, magnetic, piezoresistive and / or act by measuring the torsion of a suspension of the container.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der Figuren beschrieben, in denenThe invention is described below by way of example with reference to the figures, in to them

Fig. 1 schematisch einen teilweisen Querschnitt durch einen mikromechanischen Drehratensensor zeigt, der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist; Fig. 1 shows schematically a partial cross-sectional view of a micromechanical rotation rate sensor, which is a preferred embodiment of the invention;

Fig. 2 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Drehratensensors darstellt; Fig. 2 is a view of the rotation rate sensor of the invention;

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Antriebseinheit des Drehratensensors der vorliegenden Erfindung zeigt; Fig. 3 shows a plan view of a drive unit of the rotation rate sensor of the present invention;

Fig. 4 eine fortschreitendende Wanderwelle in der Membran des erfindungsgemäßen Drehratensensors zeigt. Fig. 4 shows a progressive traveling wave in the membrane of the rotation rate sensor according to the invention.

In Fig. 1 ist ein Drehratensensor als bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In einem als Zylinder ausgebildeten Behälter 1 befindet sich ein Hohlraum 11, der mit einer Flüssigkeit gefüllt ist bzw. gefüllt werden kann. Der Behälter 1 ist auf seiner Unterseite durch eine dünne Wandung bzw. Membran 21 verschlossen. Somit ist die Flüssigkeit im Behälter 1 eingeschlossen, wobei sie auf einer Seite von der Membran 21 und auf der anderen Seite von einer Wand des Behälters 1 begrenzt wird. Auf der Unterseite der Membran 21, d. h. auf der Seite, die der Flüssigkeit abgewandt ist, sind piezoelektrische Elemente 22 angeordnet. Die piezoelektrischen Elemente 22 bilden zusammen mit der Membran 21 eine Antriebseinheit 2, die an die Flüssigkeit gekoppelt ist und die Flüssigkeit zu einer Rotationsbewegung um eine Achse A in dem zylindrischen Hohlraum 11 anregt.In Fig. 1, a yaw rate sensor is shown as a preferred embodiment of the invention. In a container 1 designed as a cylinder there is a cavity 11 which is filled or can be filled with a liquid. The container 1 is closed on its underside by a thin wall or membrane 21 . The liquid is thus enclosed in the container 1 , being delimited on one side by the membrane 21 and on the other side by a wall of the container 1 . Piezoelectric elements 22 are arranged on the underside of the membrane 21 , ie on the side facing away from the liquid. The piezoelectric elements 22 together with the membrane 21 form a drive unit 2 which is coupled to the liquid and stimulates the liquid to rotate about an axis A in the cylindrical cavity 11 .

Der Behälter 1 mit der darin enthaltenen Flüssigkeit ist schwenkbar in einem Rahmen 3 gelagert. Dazu ist er auf beiden Seiten durch eine Aufhängung 31 mit dem Rahmen 3 verbunden, wobei er um die Längsachse der Aufhängung 31, d. h. senkrecht zur Achse A, gekippt bzw. verschwenkt werden kann. Dazu ist die Aufhängung 31 so gestaltet, daß sie eine Torsionsbewegung ausführen kann.The container 1 with the liquid contained therein is pivotally mounted in a frame 3 . For this purpose, it is connected to the frame 3 on both sides by a suspension 31 , whereby it can be tilted or pivoted about the longitudinal axis of the suspension 31 , ie perpendicular to the axis A. For this purpose, the suspension 31 is designed so that it can perform a torsional movement.

Bei einer Rotation der Flüssigkeit im Behälter 1 um die Achse A ergibt sich ein Drehimpuls des strömenden Mediums. Bei einer Drehung des Systems um eine Achse, die senkrecht zur Zeichenebene von Fig. 1 steht, und mit einer Drehrate erfolgt, wirkt auf das Drehlager bzw. die Aufhängung 31 ein Drehmoment nach der Gleichung:
When the liquid in the container 1 rotates about the axis A, there is an angular momentum of the flowing medium. When the system rotates about an axis that is perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 1 and occurs at a rotation rate, a torque acts on the pivot bearing or the suspension 31 according to the equation:

= ×
= ×

Das Verschwenken des Behälters 1 um die Aufhängung 31 ist somit ein Maß für die Drehrate ω des Systems. In der hier dargestellten Ausführungsform wird jedoch nicht die Auslenkung des Behälters 1, sondern die Kraft gemessen, die zu seiner Fixierung erforderlich ist. Dazu ist der aus dem strömenden Medium gebildete Kreisel kapazitiv gefesselt.The pivoting of the container 1 around the suspension 31 is thus a measure of the rate of rotation ω of the system. In the embodiment shown here, however, it is not the deflection of the container 1 that is measured, but the force that is required to fix it. For this purpose, the gyro formed from the flowing medium is capacitively bound.

In Fig. 2 ist der Flüssigkeitskreisel mit zweiachsiger Lagerung gezeigt. Der zylindrische Behälter 1 wird auf einer Seite durch die Membran 21 begrenzt, auf der die piezoelektrischen Elemente 22 als Schichten ausgebildet sind. Bei einer zyklischen Anregung der piezoelektrischen Elemente 22 wird in der Membran 21 eine umlaufende Wanderwelle erzeugt, die die im Behälter 1 enthaltene Flüssigkeit in Rotation versetzt. Der Behälter 1 bildet einen Kreisel, der durch die Aufhängungen 31 im inneren Rahmen 3 schwenkbar gelagert ist. Der innere Rahmen 3 ist wiederum schwenkbar mittels der Aufhängung 32 in einem äusseren Rahmen 4 gelagert. Die Aufhängung 31 und die Aufhängung 32 ermöglichen ein Verkippen des Flüssigkeitskreisels um zwei senkrecht aufeinander stehende Achsen.In Fig. 2 the liquid gyroscope is shown with two-axis storage. The cylindrical container 1 is delimited on one side by the membrane 21 , on which the piezoelectric elements 22 are formed as layers. When the piezoelectric elements 22 are excited cyclically, a circulating traveling wave is generated in the membrane 21 , which rotates the liquid contained in the container 1 . The container 1 forms a gyroscope which is pivotally mounted in the inner frame 3 by the suspensions 31 . The inner frame 3 is in turn pivotally mounted in an outer frame 4 by means of the suspension 32 . The suspension 31 and the suspension 32 enable the liquid gyroscope to be tilted about two mutually perpendicular axes.

In Fig. 3 ist die Antriebseinheit des Drehratensensors in einer Draufsicht dargestellt. Die scheibenförmige Membran 21 trägt die piezoelektrischen Elemente 22, die jeweils mit einem Sektor der Membran 21 verbunden sind. Die piezoelektrischen Elemente 22 sind jeweils als Segmente eines Ringes ausgestaltet, den sie gemeinsam auf der Membran 21 bilden. Die piezoelektrischen Elemente 22 bzw. Schichten sind dabei jeweils so ausgerichtet, daß bei einer Anregung eine Kontraktion in Tangentialrichtung erfolgt. Durch die Kontraktion bildet sich bei zyklischer Anregung der piezoelektrischen Elemente 22 in der verformbaren Membran 21 die Wanderwelle aus, die in der Membran 21 umläuft. Je nach Ansteuerung können ein oder mehrere umlaufende Wellenberge bzw. Wellentäler in der Membran 21 ausgebildet sein.In Fig. 3, the drive unit of the rotation rate sensor is shown in a plan view. The disk-shaped membrane 21 carries the piezoelectric elements 22 , which are each connected to a sector of the membrane 21 . The piezoelectric elements 22 are each designed as segments of a ring, which they form together on the membrane 21 . The piezoelectric elements 22 or layers are each aligned such that a contraction takes place in the tangential direction upon excitation. As a result of the contraction, when the piezoelectric elements 22 are excited cyclically, the traveling wave forms in the deformable membrane 21 and rotates in the membrane 21 . Depending on the control, one or more revolving wave crests or wave troughs can be formed in the membrane 21 .

In Fig. 4 ist die Auslenkung der Membran 21 in Abhängigkeit vom Positionswinkel ϕ gezeigt. Bei der hier dargestellten Ausführungsform sind in der Membran 21 zwei Wellenberge ausgebildet. Die Welle läuft mit einer Geschwindigkeit v in der kreisförmigen Membran 21 um. Die gestrichelte Linie in Fig. 2 zeigt die Welle zu einem etwas späteren Zeitpunkt. Durch eine geeignete elektrische Ansteuerung der piezoelektrischen Elemente 22 kann die Wanderwelle mit hoher Geschwindigkeit im Trägermaterial bzw. in der Membran 21 umlaufen. Die Flüssigkeit, die sich auf der einen Seite der Membran 21 be­ findet, wird durch die fortschreitende Welle bzw. Wellenfront 28 auf einer Kreisbahn transportiert. Durch eine entsprechende Auslegung sowohl der Amplitude und Umlaufgeschwindigkeit der Wanderwelle, als auch der Höhe und des Umfangs des zylindrischen Behälters 1 und evtl. der Struktur eines darauf befindlichen Deckels kann erreicht werden, daß ein Großteil der Flüssigkeit von der Wanderwelle mitgenommen wird und um die Achse A des Zylinders rotiert, wodurch der Drehimpuls erzeugt wird. Da das Gefäß bzw. der Behälter 1 geschlossen ist, können keine Unstetigkeiten in der Strömung auftreten, was einen zusätzlichen Vorteil darstellt.In FIG. 4, the deflection of the diaphragm 21 depending on the position angle φ is shown. In the embodiment shown here, two wave crests are formed in the membrane 21 . The shaft rotates in the circular membrane 21 at a speed v. The dashed line in Fig. 2 shows the wave at a slightly later time. By suitable electrical control of the piezoelectric elements 22 , the traveling wave can circulate at high speed in the carrier material or in the membrane 21 . The liquid, which is on one side of the membrane 21 be, is transported by the advancing wave or wavefront 28 on a circular path. By appropriate design of both the amplitude and rotational speed of the traveling wave, as well as the height and circumference of the cylindrical container 1 and possibly the structure of a lid thereon, it can be achieved that a large part of the liquid is carried along by the traveling wave and about the axis A of the cylinder rotates, generating the angular momentum. Since the vessel or container 1 is closed, there can be no discontinuities in the flow, which is an additional advantage.

Je nach Anwendung kann der Flüssigkeitskreisel, wie oben gezeigt, in einer oder in zwei Achsen gelagert werden. Der Drehratensensor ist in Siliziumtechnologie gefertigt, wobei in der hier dargestellten Ausführungsform eine kapazitive Fesselung der Bewegung des Flüssigkeitskreisels um die Achsen bzw. Aufhängungen 31, 32 vorgesehen ist. Durch die Antriebs- bzw. Wanderwelleneinheit 2 wird ein hoher Eigendrehimpuls und somit eine große Empfindlichkeit des Drehratensensors erzielt, ohne daß rotierende Bauteile notwendig sind. Der erfindungsgemäße Drehratensensor hat daher eine hohe Lebensdauer, eine hohe Empfindlichkeit und kann aus Silizium preiswert in Massenfertigung hergestellt werden.Depending on the application, the liquid gyroscope can be stored in one or two axes, as shown above. The yaw rate sensor is manufactured using silicon technology, in the embodiment shown here a capacitive restraint of the movement of the liquid gyroscope about the axes or suspensions 31 , 32 is provided. A high intrinsic angular momentum and thus a high sensitivity of the rotation rate sensor is achieved by the drive or traveling shaft unit 2 without the need for rotating components. The rotation rate sensor according to the invention therefore has a long service life, high sensitivity and can be mass-produced inexpensively from silicon.

Claims (11)

1. Mikromechanischer Drehratensensor, gekennzeichnet durch
einen geschlossenen Behälter (1) zur Aufnahme einer Flüssigkeit, der schwenkbar gelagert ist,
eine Antriebseinheit (2), um die Flüssigkeit im Behälter (1) in eine Rotationsbewegung
zu versetzen, und
Mittel zur Erfassung einer Auslenkung des Behälters (1) und/oder eines auf den Behälter (1) wirkenden Drehmoments, das sich bei einer Drehrate und bei rotierender Flüssigkeit aufgrund der Corioliskraft ergibt,
wobei die Antriebseinheit (2) eine an die Flüssigkeit gekoppelte, verformbare Membran (21) und Mittel (22) zur Erzeugung einer in der Membran (21) umlaufenden Wanderwelle umfaßt, die die Flüssigkeit antreibt.
1. Micromechanical rotation rate sensor, characterized by
a closed container ( 1 ) for holding a liquid, which is pivotally mounted,
a drive unit ( 2 ) to rotate the liquid in the container ( 1 )
to move, and
Means for detecting a deflection of the container ( 1 ) and / or a torque acting on the container ( 1 ), which results from the Coriolis force at a rotation rate and with rotating liquid,
wherein the drive unit ( 2 ) comprises a deformable membrane ( 21 ) coupled to the liquid and means ( 22 ) for generating a traveling wave circulating in the membrane ( 21 ) which drives the liquid.
2. Mikromechanischer Drehratensensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (21) piezoelektrisch anregbare Schichten oder Bereiche umfaßt.2. Micromechanical rotation rate sensor according to claim 1, characterized in that the membrane ( 21 ) comprises piezoelectrically excitable layers or areas. 3. Mikromechanischer Drehratensensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (22) zur Erzeugung der Wanderwelle piezoelektrische Elemente (22) umfassen, die an die Membran (21) gekoppelt sind.3. Micromechanical rotation rate sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the means ( 22 ) for generating the traveling wave comprise piezoelectric elements ( 22 ) which are coupled to the membrane ( 21 ). 4. Mikromechanischer Drehratensensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Elemente (22) ringförmig auf der scheibenförmigen Membran (21) angeordnet sind, wobei sie jeweils mit einem Sektor der Membran (21) gekoppelt sind.4. Micromechanical rotation rate sensor according to claim 3, characterized in that the piezoelectric elements ( 22 ) are arranged in a ring on the disc-shaped membrane ( 21 ), wherein they are each coupled to a sector of the membrane ( 21 ). 5. Mikromechanischer Drehratensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Silizium oder in Siliziumtechnik gefertigt ist.5. Micromechanical rotation rate sensor according to one of the preceding claims, characterized in that it consists of Silicon or is made in silicon technology. 6. Mikromechanischer Drehratensensor nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) einen zylindrischen Hohlraum (11) zur Aufnahme der Flüssigkeit aufweist, der auf einer Seite von der scheibenförmigen Membran (21) begrenzt ist.6. Micromechanical rotation rate sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the container ( 1 ) has a cylindrical cavity ( 11 ) for receiving the liquid, which is delimited on one side by the disk-shaped membrane ( 21 ). 7. Mikromechanischer Drehratensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie des Behälters (1) und die Amplitude und die Umlaufgeschwindigkeit der Wanderwelle aufeinander abgestimmt sind.7. Micromechanical rotation rate sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the geometry of the container ( 1 ) and the amplitude and the rotational speed of the traveling wave are coordinated. 8. Mikromechanischer Drehratensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) um zwei senkrecht aufeinander stehende Achsen schwenkbar gelagert ist.8. Micromechanical rotation rate sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the container ( 1 ) is pivotally mounted about two mutually perpendicular axes. 9. Mikromechanischer Drehratensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) in Form einer flachen Scheibe ausgebildet ist. 9. Micromechanical rotation rate sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the container ( 1 ) is designed in the form of a flat disc. 10. Mikromechanischer Drehratensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er als gefesseltes System ausgestaltet ist.10. Micromechanical rotation rate sensor according to one of the preceding claims, characterized in that it as tied up system is designed. 11. Mikromechanischer Drehratensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erfassung der Auslenkung des Behälters (1) kapazitiv, elektrostatisch, magnetisch und/oder piezoresistiv wirken.11. Micromechanical rotation rate sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the means for detecting the deflection of the container ( 1 ) act capacitively, electrostatically, magnetically and / or piezoresistively.
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Citations (3)

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