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CN109716143A - 将惯性传感器的旋转运动转换为其检验质量块的线性运动 - Google Patents

将惯性传感器的旋转运动转换为其检验质量块的线性运动 Download PDF

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CN109716143A
CN109716143A CN201780041650.2A CN201780041650A CN109716143A CN 109716143 A CN109716143 A CN 109716143A CN 201780041650 A CN201780041650 A CN 201780041650A CN 109716143 A CN109716143 A CN 109716143A
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Lumedyne Technologies Inc
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Lumida Technology Co
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Abstract

本文公开了用于将旋转运动转换为线性运动的系统和方法。包括旋转驱动的系统可以通过包括联接弹簧的第一结构连接到检验质量块。锚可以通过包括驱动弹簧的第二结构连接到检验质量块。联接弹簧和驱动弹簧可以被配置为当旋转驱动绕第二轴旋转时使检验质量块基本上沿第一轴移动。

Description

将惯性传感器的旋转运动转换为其检验质量块的线性运动
背景技术
单片惯性传感器可以包含响应于惯性扰动(诸如加速度和旋转)而移动的检验质量块。一些惯性传感器包含以振荡驱动的检验质量块。线性驱动可以驱动线性振荡中的检验质量块，并且旋转驱动可以驱动旋转振荡中的检验质量块。对于以线性振荡驱动的检验质量块，未与主要测量轴对齐的任何运动分量可以降低传感器的信噪比水平。
发明内容
因此，本文描述了用于将旋转运动转换为线性运动的系统和方法。特别地，本发明可以提供惯性传感器，例如单片和/或微机械和/或微机电系统(MEMS)惯性传感器，其被布置成实现或使用下面描述的方面，并且这些传感器的制造方法和操作方法也是如下所述。
因此，诸如MEMS或其他类型的惯性传感器的系统可以包括检验质量块、被配置为绕z轴旋转的旋转驱动以及将旋转驱动连接到检验质量块的第一结构。第一结构可以包括长轴，该长轴从第一锚到达检验质量块并且当第一结构静止时与y轴对齐，y轴垂直于z轴，以及联接弹簧，其具有沿垂直于长轴的短轴的刚度，沿垂直于长轴的短轴的刚度不同于沿长轴的刚度。该系统可以包括第二结构，该第二结构包括驱动弹簧，该驱动弹簧具有沿y轴的刚度，沿y轴的刚度不同于沿垂直于y轴和z轴的x轴的刚度。该系统还可以包括第二锚，其通过第二结构连接到检验质量块。
联接弹簧和驱动弹簧可以被配置为当旋转驱动绕z轴旋转时使检验质量块基本沿x轴移动。联接弹簧可以被配置为当旋转驱动旋转时弯曲。
检验质量块的质心可以径向地位于驱动弹簧附接到检验质量块所在的点和联接弹簧附接到检验质量块所在的点之间，即与旋转驱动轴的径向距离，其在驱动弹簧附件和联接弹簧附件与旋转驱动轴的相应径向距离之间。驱动弹簧可以在检验质量块上施加基本防止检验质量块绕质心旋转的扭矩。
第一结构可以包括臂。联接弹簧沿短轴的刚度可以基本大于联接弹簧沿长轴的刚度。驱动弹簧沿y轴的刚度可以基本大于驱动弹簧沿x轴的刚度。
该系统可以包括第二驱动弹簧，其连接到检验质量块和第三锚，第二驱动弹簧具有沿y轴的刚度，沿y轴的刚度不同于沿x轴的刚度。
驱动弹簧可以被配置为当旋转驱动绕z轴旋转第一旋转矢量时伸展，并且当旋转驱动绕z轴旋转与第一旋转矢量相反的第二旋转矢量时压缩。
第一结构可以包括驱动框架。联接弹簧沿长轴的刚度可以基本大于联接弹簧沿短轴的刚度。驱动弹簧沿y轴的刚度可以基本大于驱动弹簧沿x轴的刚度。
检验质量可以包括传感器，该传感器被配置为表征检验质量块沿x轴的运动。传感器可以包括梳和/或时域切换结构。传感器可以被配置为确定系统沿x轴的加速度和/或检验质量块沿x轴的速度。
该系统可以包括第二检验质量块，其通过包括第二联接弹簧的第三结构连接到旋转驱动，第三锚，其通过包括第二驱动弹簧的第四结构连接到第二检验质量块。第二联接弹簧和第二驱动弹簧可以被配置为当旋转驱动绕z轴旋转时使第二检验质量块基本沿y轴移动。
联接弹簧可包括连接到臂的一端的第一联接接头、连接到第一联接接头的第一和第二挠臂、以及分别连接到第一和第二挠臂的第一和第二叉。该系统可以包括分别连接到第一和第二叉的第三和第四挠臂、以及连接到第三和第四挠臂和检验质量块的第二联接接头。
驱动弹簧可以包括连接到第二锚的锚叉、连接到锚叉的锚臂、以及连接到锚臂的第一驱动叉。驱动弹簧还可包括连接到第一驱动叉的驱动臂，以及连接到驱动臂和检验质量块的第二驱动叉。
第二驱动弹簧可以包括连接到第三锚的第二锚叉、连接到第二锚叉的第二锚臂、以及连接到第二锚臂的第三驱动叉。第二驱动弹簧还可以包括连接到第三驱动叉的第二驱动臂，以及连接到第二驱动臂和检验质量块的第四驱动叉。
联接弹簧可以包括连接到驱动框架的驱动叉、连接到驱动叉的第一和第二驱动臂、以及分别连接到第一和第二驱动臂的第一和第二中间叉。联接弹簧还可以包括分别连接到第一和第二中间叉的第一和第二中间臂，以及连接到第一和第二中间臂的第一从动叉。联接弹簧还可以包括连接到第一从动叉的从动臂和连接到从动臂和检验质量块的第二从动叉。
联接弹簧可以包括连接到驱动框架的第一联接接头、连接到第一联接接头的第一和第二挠臂以及分别连接到第一和第二挠臂的第一和第二叉。联接弹簧还可以包括分别连接到第一和第二叉的第三和第四挠臂，以及连接到第三和第四挠臂和检验质量块的第二联接接头。
驱动弹簧还可以包括连接到第二锚的锚栓、连接到锚叉的锚臂、以及连接到锚臂的第一驱动叉。驱动弹簧还可以包括连接到第一驱动叉的驱动臂和连接到驱动臂和检验质量块的第二驱动叉。
该系统还可以包括通过包括第二联接弹簧的第三结构连接到旋转驱动的第二检验质量块，和通过包括第二驱动弹簧的第四结构连接到第二检验质量块的第三锚。第二联接弹簧和第二驱动弹簧可以被配置为当旋转驱动绕第二轴旋转时使第二检验质量块基本沿第三轴移动。
该系统可以包括通过包括第三联接弹簧的第五结构连接到旋转驱动的第三检验质量块，和通过包括第三驱动弹簧的第六结构连接到第三检验质量块的第四锚。第三联接弹簧和第三驱动弹簧可以被配置为当旋转驱动绕第二轴旋转时使第三检验质量块基本沿第一轴移动。
该系统可以包括通过包括第四联接弹簧的第七结构连接到旋转驱动的第四检验质量块，和通过包括第四驱动弹簧的第八结构连接到第四检验质量块的第五锚。第四联接弹簧和第四驱动弹簧可以被配置为当旋转驱动绕第二轴旋转时使第四检验质量块基本沿第三轴移动。
该系统可以包括通过包括第五联接弹簧的第九结构连接到旋转驱动的第五检验质量块，和通过包括第五驱动弹簧的第十结构连接到第五检验质量块的第六锚。第五联接弹簧和第五驱动弹簧可以被配置为当旋转驱动绕第二轴旋转时使第五检验质量块基本沿第四轴移动，第四轴垂直于第二轴。
该系统可以包括通过包括第六联接弹簧的第十一结构连接到旋转驱动的第六检验质量块，和通过包括第六驱动弹簧的第十二结构连接到第六检验质量块的第七锚。第六联接弹簧和第六驱动弹簧可以被配置为当旋转驱动绕第二轴旋转时使第六检验质量块基本沿第四轴移动。
该系统可以包括通过包括第七联接弹簧的第十三结构连接到旋转驱动的第七检验质量块，和通过包括第七驱动弹簧的第十四结构连接到第七检验质量块的第八锚。该系统还可以包括通过包括第八联接弹簧的第十五结构连接到旋转驱动的第八检验质量，和通过包括第八驱动弹簧的第十六结构连接到第八检验质量的第九锚。第七联接弹簧和第七驱动弹簧可以被配置为当旋转驱动绕第二轴旋转时使第七检验质量块基本沿第五轴移动，第五轴垂直于第二和第四轴。此外，第八联接弹簧和第八驱动弹簧可以被配置为当旋转驱动绕第二轴旋转时使第八检验质量块基本沿第五轴移动。
本发明还提供了这样的装置、系统或惯性传感器，其进一步包括合适的读出电子器件、电路或硬件和/或软件中的其他元件，其被布置成确定并且可选地输出惯性传感器的运动参数，诸如例如从检测到的检验质量块的运动或以其他方式旋转的加速度和/或沿各种轴的旋转，以及用于检测检验质量块或其他元件的这种运动的合适的电气或其他布置。本发明还提供了操作这种装置的相应方法，以导出或产生并可选地输出这样的运动参数，例如作为一个或多个数字或模拟信号。
附图说明
图1描绘了根据示例性实施方式的包括将旋转运动转换为线性运动的弹簧系统的惯性传感器；
图2描绘了根据示例性实施方式的图1中描绘的感兴趣区域的放大视图，其中时域切换的子组件在顺时针方向上从其中性位置位移；
图3描绘了根据示例性实施方式当驱动梳使臂从其中性位置逆时针旋转时图1中所示的惯性传感器；
图4描绘了根据示例性实施方式的联接弹簧的放大视图；
图5描绘了根据示例性实施方式当臂从其中性位置顺时针旋转时图4中所示的联接弹簧；
图6描绘了根据示例性实施方式的惯性传感器，其具有将旋转运动转换为线性运动的弹簧；
图7描绘了根据示例性实施方式的图6中所示的感兴趣区域的放大视图；
图8描绘了根据示例性实施方式当驱动梳使驱动框架绕惯性传感器的z轴逆时针旋转时图6中所示的惯性传感器；
图9描绘了根据示例性实施方式当驱动梳使驱动框架绕z轴逆时针旋转时驱动弹簧的放大视图；
图10描绘了根据示例性实施方式当驱动梳使驱动框架从其中性位置绕z轴顺时针旋转时图9中所示的驱动弹簧；
图11描绘了根据示例性实施方式当驱动梳使驱动框架绕z轴逆时针旋转时图6中所示的惯性传感器的联接弹簧；
图12描绘了根据示例性实施方式当驱动梳使驱动框架从其中性位置绕z轴顺时针旋转时图11中所示的联接弹簧；
图13描绘了根据示例性实施方式的惯性传感器，其具有将旋转运动转换为线性运动的弹簧；
图14描绘了根据示例性实施方式当驱动梳使驱动框架绕惯性传感器的z轴从其中性位置逆时针旋转时图13中所示的惯性传感器；
图15描绘了根据示例性实施方式当驱动框架处于其中性位置时图13中所示的惯性传感器的陀螺仪子组件的放大视图；
图16描绘了根据示例性实施方式当驱动梳使驱动框架从其中性位置绕惯性传感器的z轴逆时针旋转时图15中所示的陀螺仪子组件的视图；
图17描绘了三个视图，每个视图示出了根据示例性实施方式的可移动元件和固定元件的部分的示意图；
图18示意性地描绘了根据示例性实施方式的用于从具有周期性几何形状的惯性传感器提取惯性信息的示例性过程；
图19描绘了表示根据示例性实施方式的从惯性传感器导出的模拟信号与过零时间和惯性传感器的位移的关联的曲线图；
图20描绘了示出根据示例性实施方式的外部扰动对惯性传感器的输入和输出信号的影响的曲线图；
图21描绘了示出根据示例性实施方式的电流形式对振荡器位移的响应的曲线图；
图22描绘了示出根据示例性实施方式的图21中描绘的矩形波形和表示电流信号的过零时间的信号的曲线图；
图23是示出根据示例性实施方式的图21中描绘的位移曲线的附加时间间隔的曲线图；
图24是描绘了根据示例性实施方式的图18中描绘的惯性传感器的电容和图17中描绘的可移动元件的位移之间的关系的曲线图；
图25是描绘了根据示例性实施方式的位移与电容相对于位移的一阶导数之间的关系的曲线图；
图26是描绘了根据示例性实施方式的位移与电容相对于位移的二阶导数之间的关系的曲线图；和
图27是描绘了根据示例性实施方式的时间、电容性电流的变化率和位移之间的关系的曲线图；
图28描绘了根据示例性实施方式的用于从非线性周期信号中提取惯性参数的方法的流程图；
图29描绘了根据示例性实施方式的用于基于非线性周期信号确定两个值之间的转换时间的方法；和
图30描绘了根据示例性实施方式的从时间间隔计算惯性参数的方法。
具体实施方式
为了提供对本公开的全面理解，现在将描述某些示例性实施方式，包括用于将旋转运动转换为线性运动的系统和方法。
当垂直定向的杠杆围绕枢轴点旋转时，杠杆的远离枢轴点的端部的轨迹是弧形：它在圆周方向上移动。当杠杆的远端的轨迹是弧形时，远端水平移动并且也在垂直方向上移动。这里描述的弹簧机构基本去除了这种垂直运动分量，将旋转运动转换成线性运动。
诸如振动加速度计和科里奥利力振动陀螺仪的一些类型的传感器需要检验质量块沿轴线性地振荡。惯性参数(诸如加速度和旋转)会影响振荡检验质量块。在一些示例中，诸如振动加速度计，由于加速度，振荡偏离中性点。为了感测沿多个轴作用的惯性参数，惯性传感装置需要沿多个轴振荡的检验质量块。这里描述的系统和方法将具有沿不同轴振荡的检验质量块的多个传感器集成到由单个旋转驱动驱动的单个多轴设备中。这允许每个检验质量块的运动在频率、相位和幅度上同步。
本文描述的系统和方法可以通过将旋转运动转换为线性运动将具有检验质量块的多个传感器集成到单个多轴设备中，从而允许需要线性检验质量块运动的惯性传感器由旋转驱动驱动。惯性传感器的频率和相位是同步的，因为相同的驱动系统致动每个惯性传感器。
通过将惯性传感器放置在旋转驱动上的适当方位角位置，可以实现在正交线性方向上移动的传感器。每个惯性传感器的幅度由其距旋转驱动的枢轴点的距离控制。因为所有惯性传感器都由相同的驱动驱动，所以驱动电子设备中的任何漂移都将以相同的方式影响惯性传感器的频率、相位和幅度。同样，由于诸如温度、机械应力或外力等其他因素引起的漂移也将以相同的方式影响所有惯性传感器。因为惯性传感器在相同的驱动框架上彼此相对靠近地定位，所以诸如使惯性传感器的整个封装变形的封装应力的机械应力将倾向于在惯性传感器的各个部分之间引起很小的相对运动。因此，一个惯性传感器的驱动振幅与另一个惯性传感器的驱动振幅的比率由制造的惯性设备的几何形状确定，并且通常不由任何其他因素改变。这导致具有传感器的惯性设备具有非常稳定的振幅比，并且基本上具有相同的频率和相位。因此，惯性设备的惯性传感器在频率、相位和振幅比方面是机械同步的。
驱动电子设备消耗的功率通常是振荡惯性设备消耗的总功率的最大部分。为驱动电子设备供电所需的能量通常远远大于振荡谐振器所需的动能。因此，利用单个振荡驱动驱动多个惯性传感器通过减少驱动电子设备的系统数量来降低总功耗。此外，振荡惯性传感器通常不会连续振荡，而只在需要它们的输出时振荡。例如，当用户开始使用需要惯性感测的移动设备的导航或虚拟现实应用时，这可能发生。因此，振荡谐振器需要频繁启动和停止。启动振荡谐振器需要以闭环方式调节谐振器的驱动电压，直到振荡的幅度增加到期望的设定点。取决于谐振器的品质因素和其他因素，振荡惯性设备的启动时间的范围可以从10毫秒到多秒。当多个传感器由单个旋转驱动驱动时，它们可以一起启动和停止。
惯性设备中的弹簧可具有某些配置。在一些示例中，本文所述的弹簧的定制刚度和柔度仅通过弹簧的几何形状实现。在一些示例中，弹簧包括均匀的各向同性材料，诸如掺杂或未掺杂的硅。在其他示例中，弹簧的材料特性在弹簧的各个部分中定制，以实现刚度和柔度的期望变化。
利用旋转驱动驱动检验质量块可以导致由于旋转导致的检验质量块的运动更加非线性。这里描述的弹簧系统可以通过控制和最小化轴外运动来基本线性化惯性传感器的检验质量块的运动。弹簧系统可以通过在离轴方向上包括具有更高刚度的弹簧和/或通过利用将寄生的轴外运动转换成在轴上方向上的运动的弹簧反平衡来实现该目标。在一些示例中，检验质量块的运动的剩余轴外(旋转)分量是100PPM的轴上(线性)分量。在一些示例中，轴外(旋转)分量低至10PPM或高达1000PPM的轴上(线性)分量。因此，对于垂直定向臂上并围绕原点旋转并且在x方向上具有1微米的振荡的检验质量块，检验质量块仅在y方向上移动1纳米(对应于1000PPM)、0.1纳米(对应于100PPM)或小至0.01纳米(对应于10PPM)。
图1描绘了包括将旋转运动转换为线性运动的弹簧系统的惯性传感器100。惯性传感器100包括中心锚102和驱动梳104。驱动梳104是旋转驱动的示例。图1仅描绘了驱动梳104的可移动部分，但驱动梳104还包括未示出的固定部分。惯性传感器100还包括六个陀螺仪子组件106、110、112、114、118和120。此外，惯性传感器100包括时域切换(TDS)子组件108和116。图1还描绘了坐标系122，其具有共享z轴的x-y-z坐标系和具有u-v-z坐标系的原点。尽管为了清楚起见将坐标系122描绘为偏离惯性传感器100，但是坐标系122的原点位于中心锚102的中心。x轴和y轴彼此正交。u轴和v轴彼此正交并分别从x轴和y轴旋转-45度。图1还描绘了感兴趣区域101。
惯性传感器100包括三层，即包含图1中描绘的特征的设备层，如图1所示，底层(未示出)和盖层(未示出)。在一些示例中，底层和盖层由与设备层不同的晶片制成。在一些示例中，设备层的一个或多个特征可以由包含底层和/或盖层的晶片制成。底层和盖层之间的区域可以处于低于大气压的压力下。在一些示例中，沉积诸如钛或铝的吸气材料以在制造惯性传感器之后在延长的时间段内保持减压。
中心锚102锚固到底层和盖层中的一个或两个，并且是惯性传感器100的中心枢轴点。驱动梳104使得相应的子组件绕中心锚102旋转地振荡。使陀螺仪子组件106、110、114和118以驱动速度移动。当惯性传感器100旋转时，与旋转速率成比例的科里奥利力(Coriolisforce)导致陀螺仪子组件106、110、114和118的检验质量块偏转。
陀螺仪子组件106、110、114和118提供差动感测以绕x轴和y轴旋转。在此，并且在整个过程中，参考x轴和y轴描述的旋转、加速度、位移和其他参数可以通过简单的旋转相关坐标系在数学上变换为参考u轴和v轴，反之亦然。该变换可以由信号处理电路执行。电容器电极(未示出)位于每个陀螺仪子组件106、110、114和118的相应检验质量块的上方或下方。电容器电极可以位于盖层和/或底层中。这些电容器电极响应于绕x轴、y轴或x-y平面中的另一轴的旋转，检测各个检验质量块在z方向上的运动。陀螺仪子组件112和120包含检验质量块，其响应于绕z轴的旋转而径向偏转。
TDS子组件108和116可以用于测量驱动速度，沿u轴的加速度或两者。对于任一测量，如果子组件108和/或116仅沿u轴振荡，则提高了精度。这里描述的系统和方法将由驱动梳104施加的旋转运动转换成沿u轴的线性运动。
在一些示例中，惯性传感器100不包含TDS结构，诸如TDS子组件108的TDS结构235，其将参考图2进一步描述，但是使用一个或多个驱动感测梳用于速度测量和驱动梳调节。在一些示例中，惯性传感器100不包括驱动感测梳并且使用TDS结构(例如，235)用于速度测量和驱动梳调节。在一些示例中，惯性传感器100包含TDS结构(例如，235)和驱动感测梳，并且使用TDS结构(例如，235)用于驱动梳调节，并且使用驱动感测梳用于速度测量。在一些示例中，惯性传感器100使用TDS结构(例如，235)用于速度测量，并使用驱动感测梳用于驱动梳调节。
图2描绘了图1的感兴趣区域101的放大视图，其中TDS子组件108的检验质量块246从其中性位置在顺时针方向上位移。检验质量块246具有质心248。质心248是检验质量块246的每个部分的质量加权位置矢量总和为零的点。物体的质心不一定位于物体上或物体内，并且在图2中，质心248确实不位于检验质量块246内。
图2还描绘了旋转弹簧224和臂226。旋转弹簧224包括多个近端和多个远端。近端连接到锚点，并且远端连接到圆形框架229。臂226以及多个其他臂包括近端和远端。臂226具有沿其长度延伸的长轴和垂直于长轴并且在u-v平面中的短轴。当手臂处于静止时，长轴与v轴对齐，短轴与u轴对齐。u轴垂直于z轴和v轴。臂226的近端连接到圆形框架229。旋转弹簧224允许圆形框架和臂绕z轴旋转，位于中心锚102的中心。当臂226绕z轴旋转时，臂226的远端以弧形行进。在没有本文所述的任何弹簧系统的情况下，检验质量块246也将以弧形行进，因此将具有u和v运动分量。然而，这里描述的一个或多个弹簧系统基本消除了v运动分量，导致检验质量块246响应于由驱动梳104引起的旋转而几乎完全沿u轴移动。
臂226的远端连接到联接弹簧228。联接弹簧228通过联接接头462将周向运动(circumferential motion)(即，垂直于臂226的长轴的运动)传递到检验质量块246。因为联接弹簧228具有开放的中心，所以联接弹簧228在径向方向上(即，平行于臂226的长轴的方向)是柔性的。因为联接弹簧228在圆周方向上是刚性的但在径向方向上是柔性的，所以检验质量块246随着臂226移动，但是检验质量块246和臂226的远端之间的间隙可以变化。
联接弹簧228与一对驱动弹簧225和227串联工作，以将旋转运动转换为检验质量块246的线性运动。驱动弹簧225包括锚叉211、锚臂209、驱动叉207、驱动臂205和驱动叉203。锚臂209在锚叉211处连接到锚213。锚213锚固到底层和/或盖层，并且不会被驱动梳104移动。驱动臂205在驱动叉207处连接到锚臂209。驱动臂205在驱动叉203处连接到检验质量块246。锚臂209和驱动臂205在u方向上是柔性的但在v方向上是刚性的。因此，虽然锚叉211和驱动叉203之间沿u轴的距离可以变化，但是沿两个叉之间的v轴的距离不变。
驱动弹簧227的结构是驱动弹簧225的结构的镜像，并且包括驱动叉215、驱动臂217、驱动叉219、锚臂221和锚叉223。驱动弹簧227在u方向上是柔性的，但在v方向上是刚性的。因此，驱动叉215和锚叉223可以在u方向上相对于彼此移动，但是在v方向上不能这样做。驱动臂205和217以及锚臂209和221在u方向上是柔性的，但在v和z方向上是刚性的，因为它们在u中的尺寸远小于它们在v和z中的尺寸。因为驱动弹簧225和227不是完美的弹簧，所以它们不是完美刚性的，因此具有有限的刚度。因此，驱动弹簧225和227确实允许检验质量块246在u方向上的一些运动。然而，尽管驱动弹簧225和227在u方向上是柔性的，但它们在v方向上是刚性的，使得检验质量块246在v方向上的运动很小。因此，联接弹簧228和驱动弹簧225和227基本沿u轴将绕z轴的旋转运动转换成检验质量块246的线性运动。
这里描述的弹簧系统(例如，驱动弹簧225和227以及联接弹簧228)也可以通过动态效果将旋转运动转换为线性运动。产生动态效应是因为质心248位于与中心锚102不同的半径处，而不是驱动弹簧连接到检验质量块246的点。对于TDS子组件108，驱动弹簧225和227是在驱动叉203和215处连接到检验质量块246。驱动梳104在臂226和联接弹簧228上施加绕中心锚102的扭矩。然后，联接弹簧228在检验质量块246上施加力，其在+u方向上并且通过联接接头462作用。这个力可以分解为绕质心248的分解扭矩和通过质心248作用的分解力。因此，如果驱动梳104施加顺时针扭矩，并且臂226绕中心锚102顺时针旋转，则分解的扭矩是逆时针方向并且将倾向于使检验质量块246绕质心248逆时针旋转。质心248的半径大于联接接头462的半径并且小于驱动叉203和215的相应半径(其中半径是相对于中心锚102测量的)。然而，因为质心248径向地位于联接接头462和驱动叉203和215之间，所以驱动叉203和215施加顺时针绕质心248的反扭矩。换句话说，质心距离中心锚102和/或驱动旋转轴的径向距离大于联接接头462，但距离中心锚和/或驱动旋转轴的径向距离小于驱动叉203和215或等于将驱动弹簧附接到检验质量块的点。
该反扭矩倾向于使检验质量块246绕质心248顺时针旋转，从而抵消分解扭矩使检验质量块246绕质心248逆时针旋转的趋势。对于由驱动梳104施加在臂226上的逆时针转矩，分解扭矩和反扭矩的方向将反转。TDS子组件108的特性可以影响分解转矩和反转矩的大小。影响这些量值的一些性质包括质量块246的质量、质心248的位置(尤其是距中心锚102的径向距离)、驱动叉203和215的位置(尤其是距中心锚102的径向距离)、驱动弹簧225和227以及联接弹簧228的刚度以及联接弹簧228的位置。通过选择这些和其他特性使得反扭矩大部分或完全抵消分解扭矩，反扭矩基本防止检验质量块246绕质心248旋转。因此，绕z轴的旋转运动基本沿u轴被转换成检验质量块246的运动。
图2描绘了当驱动梳104已经使臂226从其中性位置在逆时针方向上旋转时惯性传感器100(图1)的感兴趣区域101(图1)。联接弹簧228已将该旋转的u分量传递到检验质量块246。驱动弹簧225和227允许检验质量块246在+u方向上移动，同时防止其在v方向上移动。因为驱动弹簧225和227防止检验质量块246在v方向上移动，所以检验质量块246和臂226的远端之间的距离增加。因为联接弹簧228在v方向上是柔性的，所以检验质量块246和臂226的远端之间的距离可以改变，同时仍然传递在u方向上的运动。因此，联接弹簧228和驱动弹簧225和227已经将臂226的旋转运动转换成检验质量块246的线性运动。
图2还描绘了锚230和231以及梳传感器232和234。锚230和231锚固到底层和/或盖层并且不相对于中心锚102移动。当检验质量块246在u方向上移动时，梳传感器232和234经历电容变化。梳传感器232和234可以表征检验质量块246沿u轴的运动。在一些示例中，来自梳传感器232和234的输出用于确定检验质量块246在u方向上的速度。在其他示例中，来自梳传感器232和234的输出用于调节臂226由驱动梳104振荡的速度。在其他示例中，梳传感器232和234之一的输出用于在闭环反馈中调节驱动梳104，并且梳传感器232和234中的另一个的输出用于确定检验质量块246的u方向上的速度。
TDS子组件108包括TDS结构235，所述TDS结构235被配置为表征检验质量块246在u方向上的运动。TDS结构235包括可移动梁236，可移动梁236包括多个等间隔的齿238。TDS结构235还包括固定元件244，固定元件244包括固定梁242，固定梁242本身包括多个齿240。固定元件244锚固到底层和/或盖层并且不会相对于中心锚102移动。TDS结构235可以产生非线性电容信号，用于确定检验质量块246的u方向上的速度、沿检验质量块246的u方向的振荡偏移或两者。参考图17-30描述的系统和方法可以使用来确定该速度和偏移。振荡中的偏移与在u方向上作用在惯性传感器100上的加速度成比例。
图3描绘了当驱动梳104已使臂226从其中性位置逆时针旋转时惯性传感器100(图1)的感兴趣区域101(图1)。联接弹簧228已将在-u方向上的运动传递到检验质量块246。驱动弹簧225和227允许检验质量块246在-u方向上移动，同时防止它在v方向上移动。当驱动弹簧227略微伸展时，驱动弹簧225略微压缩。因为检验质量块246不在v方向上移动，所以联接弹簧228在v方向上略微伸展，以允许检验质量块246和臂226的远端之间的v距离变化。因此，联接弹簧228和驱动弹簧225和227已将臂226的旋转运动转换成检验质量块246的线性运动。图3还描绘了感兴趣区域350。
图4描绘了感兴趣区域248(图3)的放大视图，其详细示出了联接弹簧228。联接弹簧228包括联接接头448、挠臂450、452、458和460、叉454和456以及联接接头462。联接弹簧228在联接接头处连接到臂226的远端。联接接头448连接到挠臂450和452。挠臂458在叉454处连接到挠臂450。挠臂460在叉456处连接到挠臂452。臂458和460在联接接头462处连接到检验质量块246。图4描绘了当臂226处于其中性位置时的联接弹簧228。联接弹簧228沿长轴是柔性的(在静止时与v轴对齐)并且沿短轴是刚性的(在静止时与u轴对齐)。
图5描绘了放大的感兴趣区域248(图3)，特别是当臂226从其中性位置顺时针旋转时的联接弹簧228。联接弹簧228已将该旋转的u分量传递到检验质量块246，同时防止检验质量块246在v方向上移动。联接弹簧228允许臂226的远端和检验质量块246之间的距离的v分量通过在v方向上变形而增加。联接弹簧228的这种变形导致挠臂450、452、458和460弯曲。当叉456进一步移开时，联接弹簧228的这种变形还使叉454移动靠近检验质量块246。联接弹簧228的几何形状被偏转以导致这种弯曲。这种弯曲行为提供了v方向上的柔度和u方向上的刚性的组合。因此，当臂226绕z轴旋转时，联接弹簧的几何形状允许检验质量块246基本仅在u方向上移动。
图6描绘了具有将旋转运动转换为线性运动的弹簧的惯性传感器600。图6还描绘了感兴趣区域601。惯性传感器600包括中心锚602和旋转弹簧604。惯性传感器600还包括旋转驱动，该旋转驱动包括32个驱动梳，其中8个在图6中标记作为驱动梳616、618、620、624、626、628、630和632。惯性传感器600包括十二个驱动感测梳，其中四个在图6中标记作为驱动感测梳634、636、638和640。惯性传感器600包括驱动框架605，其通过旋转弹簧604连接到中心锚602。图6还描绘了坐标系622，其具有共享z轴的x-y-z坐标系和具有u-v-z坐标系的原点。虽然为了清楚起见将坐标系622描绘为偏离惯性传感器600，但坐标系622的原点位于中心锚602的中心。x轴和y轴彼此正交。u轴和v轴彼此正交并分别从x轴和y轴旋转-45度。
驱动梳(例如，616、618、620、624、626、628、630和632)使驱动框架605绕z轴旋转。驱动感测梳(例如，634、636、638和640)提供输出信号，所述输出信号可以用于驱动梳的闭环控制(例如，616、618、620、624、626、628、630和632)、测量驱动框架605的速度，或两者。在一些示例中，一些驱动感测梳(例如，634、636、638和640)用于闭环控制，并且一些用于测量驱动框605的速度。惯性传感器600还包括TDS结构614。TDS结构614产生用于测量驱动框架605的驱动速度的非线性电容信号。驱动框架605的驱动速度可以使用参考图17-30描述的系统和方法来确定。
惯性传感器600包括陀螺仪子组件606、608、610和612。陀螺仪子组件606和610分别包括检验质量块966和611，两者均被配置为当惯性传感器600分别绕z轴和y轴旋转时由于科里奥利力而在y和z方向上偏转。陀螺仪子组件608和612分别包含检验质量块609和613，两者均被被配置为当惯性传感器600分别围绕z轴和y轴旋转时由于科里奥利力而在x和z方向上偏转。
在一些示例中，惯性传感器600不包含TDS结构614或其他TDS结构，并且使用驱动感测梳(例如，634、636、638和640)用于速度测量和驱动梳调节。在一些示例中，惯性传感器600不包括驱动感测梳(例如，634、636、638和640)，并且使用TDS结构(例如，614)用于速度测量和驱动梳调节。在一些示例中，惯性传感器600包含TDS结构614和/或其他驱动感测梳(例如，634、636、638和640)，并且使用TDS结构614和/或其他TDS结构用于驱动梳状调节和驱动感测梳(例如，634、636、638和640)用于速度测量。在一些示例中，惯性传感器600使用TDS结构614和/或其他用于速度测量和驱动感测梳(例如，634、636、638和640)用于驱动梳调节。
在一些示例中，惯性传感器600不具有中心锚602。在这些示例中，驱动框架605在外部位置处锚固到底层和/或盖层。
图7描绘了感兴趣区域601(图6)的放大视图。在图7的中心是陀螺仪子组件606。陀螺仪子组件606通过联接弹簧742和744以及驱动弹簧746、748、750和752连接到驱动框架605。图7中所示的驱动弹簧和联接弹簧以与图1-5中所示的驱动弹簧(例如，225和227)和连接弹簧(例如，228)类似的方式操作，但具有不同的几何形状。与从检验质量块246(图2)径向向内定位的联接弹簧228(图2)相反，惯性传感器600的联接弹簧742和744周向地位于陀螺仪子组件606附近。联接弹簧742和744在x方向上是刚性的，但在y方向上是柔性的。因此，联接弹簧742和744将在x方向上的运动从驱动框架605传递到陀螺仪子组件606，同时允许驱动框架605和陀螺仪子组件606在y方向上的相对运动。驱动弹簧746、748、750和752在y方向上是刚性的，但在x方向上是柔性的。因为驱动弹簧746、748、750和752不是完美的弹簧，所以它们不是完美刚性的，因此具有有限的刚度。因此，驱动弹簧746、748、750和752确实允许陀螺仪子组件606在y方向上的一些运动。然而，驱动弹簧746、748、750和752在y方向上具有高刚度，使得陀螺仪子组件606在y方向上的运动很小。因此，驱动弹簧746、748、750和752允许陀螺仪子组件606在x方向上移动但基本防止其在y方向上移动。因此，具有适当定制的几何形状、刚度和柔度的联接弹簧740和744以及驱动弹簧746、748、750和752的组合将驱动框架605绕z轴的旋转运动转换成陀螺仪子组件606基本沿x轴的线性运动。
图7还描绘了TDS结构614的细节。TDS结构614包括可动齿758、固定齿756和锚754。锚754锚固到底层和/或盖层并且不相对于中心锚602移动。因此，固定齿756也不相对于中心锚602移动。可动齿758连接到驱动框架605并随之旋转。当可动齿758绕z轴旋转时，固定齿756和可动齿758之间的电容非线性地变化。驱动框架605的速度可以使用参考图17-30描述的系统和方法来确定。然后，驱动框架605的速度用于确定作用在惯性传感器600上的旋转速率。
图8描绘了当驱动梳使驱动框架605绕z轴逆时针旋转时感兴趣区域601(图6)的放大视图。联接弹簧742和744将在x方向上的运动传递到陀螺仪子组件606，同时允许陀螺仪子组件606和驱动框架605之间在y方向上的相对运动。驱动弹簧746、748、750和752阻止陀螺仪子组件606和驱动框架605之间在y方向上的任何相对运动，同时允许在x方向上的相对运动。驱动弹簧746和748略微闭合，而驱动弹簧750和752略微打开。联接弹簧742附接到驱动框架605的点在-y方向上从联接弹簧742附接到陀螺仪子组件606的点偏移。同样地，联接弹簧744附接到驱动框架605的点在+y方向上从联接弹簧744连接到陀螺仪子组件606的点偏移。因为联接弹簧742和744允许这种偏移，所以它们允许在y方向上的相对运动。因为联接弹簧742和744以及驱动弹簧746、748、750和752是对称的，所以当驱动框架605顺时针旋转时它们对称地起作用。
陀螺仪子组件606包含检验质量块966，其响应于惯性传感器600的旋转而被科里奥利力偏转。当惯性传感器600绕y轴旋转时，科里奥利力使检验质量块966在z方向上偏转。当惯性传感器600绕z轴旋转时，科里奥利力使检验质量块966在y方向上偏转。
图9描绘了当驱动梳(例如，616、618、620、624、626、628、630和632)已经使驱动框架605绕z轴逆时针旋转时陀螺仪子组件606的一部分(特别是驱动弹簧746)的放大视图。图9描绘了锚954和970，其锚固到底层和/或盖层并且不相对于中心锚602(图6)移动。驱动弹簧746包括锚叉956、锚臂958、中叉960、驱动臂962和驱动叉965。锚954通过锚叉956连接到锚臂958的近端。锚臂958的远端通过中叉960连接到驱动臂962的远端。驱动臂962的近端通过驱动叉连接到陀螺仪子组件606的驱动框架964。叉956、960和964弯曲以允许驱动框架964在-x方向上移动，但是臂958和962是刚性的，基本防止驱动框架964在y方向上移动。
图9还描绘了检验质量块966和感测梳968。感测梳968被配置用于检测检验质量块966在y方向上的运动。
图10描绘了当驱动梳(例如，616、618、620、624、626、628、630和632)使驱动框架605从其中性位置绕z轴顺时针旋转时陀螺仪子组件606的一部分(特别是驱动弹簧746)的放大视图。叉956、960和964已弯曲，允许驱动弹簧746略微伸展。驱动弹簧746的这种打开允许驱动框架964在x方向上移动。因为臂958和962是刚性的，所以驱动弹簧746防止驱动框架964在y方向上移动。因此，驱动弹簧746允许陀螺仪子组件606在x方向上移动但基本防止其在y方向上移动。
图11描绘了当驱动梳使驱动框架964绕z轴逆时针旋转时陀螺仪子组件606的一部分(特别是联接弹簧742)的放大视图。联接弹簧742包括驱动叉1172、驱动臂1174和1176、中间叉1178和1180、中间臂1182和1184、从动叉1186、从动臂1188和从动叉1190。驱动臂1174和1176的近端通过驱动叉1172连接到驱动框架605。中间臂1182的远端通过中间叉1178连接到驱动臂1174的远端。驱动臂1176的远端通过中间叉1180连接到中间臂1184的远端。中间臂1182和1184的近端通过从动叉1186彼此连接并连接到从动臂1188的近端。从动臂1188的远端通过从动叉1190连接到驱动框架964。当驱动框架605绕z轴旋转时，叉1172、1178、1180、1186和1190弯曲，允许驱动框架605相对于驱动框架964在y方向上移动。臂1174、1176、1182、1184和1188在x方向上是刚性的，因此将驱动框架605的旋转的x分量传递到驱动框架964。因为在y方向上允许驱动框架之间的相对运动，所以联接弹簧742在y方向上是柔性的。因为将陀螺仪子组件606连接到驱动框架605的联接弹簧742在y方向上是柔性的但在x方向上是刚性的，所以联接弹簧742仅将驱动框架605的旋转的x分量传递到陀螺仪子组件606。联接弹簧742和744(图7-8)具有对称的几何形状。
图12描绘了当驱动梳(例如，616、618、620、624、626、628、630和632)使驱动框架605从中性位置绕z轴顺时针旋转时陀螺仪子组件606的一部分(特别是联接弹簧742)的放大视图。叉1172、1178、1180、1186和1190已经弯曲，允许驱动叉1172相对于从动叉1190在+y方向上移动。从动叉1190不在y方向上移动，而当驱动框架605旋转时，驱动叉1172的位置以z轴为中心的弧形移动。联接弹簧742仅沿该弧线将运动的x分量传递到驱动框架964和陀螺仪子组件606。因此，联接弹簧742与联接弹簧744和驱动弹簧746、748、750、752一起将驱动框架605绕z轴的旋转运动转换成陀螺仪子组件606沿x轴的线性运动。
图13描绘了具有将旋转运动转换为线性运动的弹簧的惯性传感器1300。惯性传感器1300包括中心锚1302，其锚定到图13所示的惯性传感器1300的设备层下方的底层(未示出)和/或盖层(未示出)。惯性传感器1300包括通过旋转弹簧1304连接到中心锚1302的驱动框架1305。惯性传感器1300包括旋转驱动，该旋转驱动包括多个驱动梳(未示出)，其使驱动框架1305关于z轴旋转振荡。图13还描绘了坐标系1322，其具有共享z轴的x-y-z坐标系和具有u-v-z坐标系的原点。虽然为了清楚起见将坐标系1322描绘为偏离惯性传感器1300，但是坐标系1322的原点位于中心锚1302的中心。x轴和y轴彼此正交。u轴和v轴彼此正交并分别从x轴和y轴旋转-45度。惯性传感器1300包括TDS结构1314(仅示出其一部分)和驱动感测梳(未示出)以测量驱动框架1305的速度并在闭环控制中调节驱动梳。驱动框架1305的运动速度和幅度可以使用参考图17-30描述的系统和方法来确定。
在一些示例中，惯性传感器1300不包含TDS结构并且使用驱动感测梳用于速度测量和驱动梳调节。在一些示例中，惯性传感器1300不包括驱动感测梳并且使用TDS结构用于速度测量和驱动梳调节。在一些示例中，惯性传感器1300包含TDS结构和驱动感测梳，并且使用TDS结构用于驱动梳调节和使用驱动感测梳用于速度测量。在一些示例中，惯性传感器1300使用TDS结构用于速度测量，并使用驱动感测梳用于驱动梳调节。
在一些示例中，惯性传感器1300不具有中心锚1302.在这些示例中，驱动框架在外部位置处锚固到底层和/或盖层。
惯性传感器1300包括陀螺仪子组件1306、1308、1310和1312。当惯性传感器1300绕x轴旋转时，科里奥利力导致陀螺仪子组件1308和1312的检验质量块在z方向上偏转。当惯性传感器1300绕z轴旋转时，科里奥利力使陀螺仪子组件1306和1310的检验质量块在y方向上偏转，并且陀螺仪子组件1308和1312的检验质量块使在x方向上偏转。当惯性传感器1300绕y轴旋转时，科里奥利力使陀螺仪子组件1306和1310的检验质量块在z方向上偏转。安装在图13所示的设备层的上方或下方的电极(未示出)检测陀螺仪子组件1306、1308、1310和1312的检验质量块中的z方向上的偏转。这些电极通过测量电容的变化来测量相应的偏转。锚固到底层和/或盖层但延伸到设备层中的电极(未示出)通过测量电容的变化来测量陀螺仪子组件1306、1308、1310和1312的检验质量块在xy平面上的偏差。惯性传感器1300还包括TDS结构(未示出)，其被配置为测量陀螺仪子组件1308和1312的检验质量块沿y轴的运动。由TDS结构测量的运动可以用于计算驱动框架1305的速度、惯性传感器1300在y方向上的加速度，或两者。
惯性传感器1300包括四个联接弹簧，其中一个是联接弹簧1318。与惯性传感器100的联接弹簧228和惯性传感器600的联接弹簧742和744相比，联接弹簧1318位于从陀螺仪子组件1306径向向外。惯性传感器1300还包括八个驱动弹簧，其中两个是驱动弹簧1314和1316。
图14描绘了当驱动梳使驱动框架1305从其中性位置绕z轴逆时针旋转时的惯性传感器1300。驱动弹簧和联轴器弹簧将驱动框架1305的旋转运动转换为陀螺仪子组件1306在-x方向上的线性运动、陀螺仪子组件1310在+x方向上的线性运动、陀螺仪子组件1308在+y方向上的线性运动、陀螺仪子组件1312在-y方向上的线性运动。
图15描绘了当驱动框架1305处于其中性位置时陀螺仪子组件1306的放大视图。图15描绘了固定到底层(未示出)和/或盖层(未示出)并且不相对于中心锚1302移动的锚1528。锚1528连接到驱动弹簧1314和1316。驱动弹簧1314和1316具有与驱动弹簧225(图2)、227(图2)、746(图7)、748(图7)、750(图7)和752(图7)类似的几何形状并且以类似的方式起作用。联接弹簧1318连接到驱动框架1305的外缘1307。外缘1307刚性地连接到驱动框架1305并随其旋转。联接弹簧1318具有与联接弹簧228(图2)类似的几何形状并且以类似的方式起作用。图15还描绘了弹簧1524和1526，其允许陀螺仪子组件1306的检验质量块在z方向上偏转。
图16描绘了当驱动梳使驱动框架1305从其中性位置逆时针旋转时陀螺仪子组件1306的放大视图。图15还描绘了陀螺仪子组件1306的驱动框架1520。驱动框架1520接收由联接弹簧1318传递的x方向上的运动，并将该x运动传递到陀螺仪子组件1306的检验质量块。联接弹簧1318包括联接连杆1630和1644、挠臂1632、1634、1640和1642以及叉1636和1638。联接连杆1630的远端连接到驱动框架1305的外缘1307。联接连杆1630的近端连接到挠臂1632和1634。挠臂1632和1640的左端通过叉1636连接，并且挠臂1634和1642的右端通过叉1638连接。挠臂1640的右端和挠臂1642的左端通过联接连杆1644连接到驱动框架1520。因为驱动框架1305从其中性位置旋转，所以挠臂1632、1634、1640和1642略微弯曲以允许在联接连杆1630和1644之间在y方向上的相对运动，同时通过联接连杆1644将旋转的x分量传递到驱动框架1520。
驱动弹簧1314包括锚臂1656、叉1652和驱动臂1648。驱动弹簧1316包括锚臂1658、叉1654和驱动臂1650。锚臂1656和1658的相应近端连接到锚1528。锚臂1656的远端通过叉1652连接到驱动臂1648的远端。同样，锚臂1658的远端通过叉1654连接到驱动臂1650的远端。驱动臂1648和1650的近端通过相应的叉连接到驱动框架1520。
驱动弹簧1314和1316在y方向上是刚性的但在x方向上是柔性的。因此，当联接弹簧1318将旋转的x分量传递到驱动框架1520时，驱动弹簧1314和1316防止驱动框架1520在y方向上移动。当驱动框架1305逆时针旋转时，叉1652弯曲以允许驱动弹簧1314稍微闭合并且叉1654弯曲以允许驱动弹簧1316稍微打开。这种弯曲、打开和闭合允许驱动框架1520在x方向上移动。因为驱动弹簧1314和1316不是完美的弹簧，所以它们不是完美刚性的，因此具有有限的刚度。因此，驱动弹簧1314和1316确实允许驱动框架1520在y方向上的一些运动。然而，驱动弹簧1314和1316在y方向上具有高刚度，使得驱动框架1520在y方向上的运动很小。由于联接弹簧1318和驱动弹簧1314和1316的几何形状、刚度和柔度，惯性传感器1300基本沿x轴将驱动框架1305的旋转运动转换成陀螺仪子组件1306的线性运动。
图17描绘了三个视图1700、1730和1760，每个视图示出了可移动元件1702和固定元件1704的部分的示意图。这里描述的TDS结构可以包括可移动元件1702和固定元件1704。TDS结构的振荡质量块可以包括可移动元件1702。图17中描绘的可移动元件1702和固定元件1704均包括多个结构或梁。特别地，固定元件1704包括梁1706a、1706b和1706c(统称为梁1706)。图17中描绘的可移动元件1702包括梁1708a和1708b(统称为梁1708)。可移动元件1702与固定元件1704分开距离W0 1732。距离W0 1732可随着可移动元件1702相对于固定元件1704振荡而改变。距离W0 1732影响可移动元件1702与可移动元件1702之间的寄生电容。选择距离W0 1732以在可移动元件1702处于静止位置时使寄生电容最小化，同时保持传感器的可制造性。视图1760描绘了由视图1730的矩形1740指出的感兴趣区域。图17描绘了在平行梁上具有齿的TDS结构的示例。在其他示例中，TDS结构包括其他几何形状的齿。然而，参考图17-30描述的相同的一般原理适用于具有其他几何形状的TDS结构。
梁1706和1708中的每一个包括垂直于梁的长轴突出的多个子结构或齿。梁1706b包括齿1710a、1710b和1710c(统称为齿1710)。梁1708b包括齿1712a、1712b和1712c(统称为齿1712)。梁上的相邻齿根据节距1762等间隔。齿1710和1712中的每一个具有由线宽1766限定的宽度和由波纹深度1768限定的深度。相对的齿由齿隙1764分开。当可移动梁1708b相对于固定梁1706b沿移动轴1701振荡时，齿隙1764保持不变。在一些示例中，制造缺陷导致齿间距偏离节距1762。然而，假设与节距1762相比偏差可忽略不计，则偏差不会严重影响传感器的操作并且可以为本公开的目的而忽略。
在固定梁1706b和可移动梁1708b之间存在电容。随着可移动梁1708b相对于固定梁1706b沿移动轴1701振荡，电容改变。随着齿1710和1712的相对齿彼此对齐，电容增加，并且随着相对的齿变得彼此不对齐，电容减小。在视图1760中描绘的位置处，电容处于最大值并且齿1710相对于齿1712处于对齐位置。当可移动梁沿移动轴1701单调移动时，电容非单调地变化，因为当齿1710和1712处于对齐位置时，出现最大电容。
电容可以是退化的，意味着在可移动梁1708b的不同位移处可以出现相同的电容值。当可移动梁1708b从其静止位置移动等于节距1762的距离时，电容与可移动梁1708b处于静止位置时的电容相同。
图18示意性地描绘了用于从具有周期性几何形状的惯性传感器提取惯性信息的示例性过程。图18包括惯性传感器1800，其经历外部扰动1801。惯性传感器1800可以包括系统100，并且外部扰动1801可以包括输入惯性参数102。驱动信号1810使传感器1800的可移动部分振荡。可移动部分可以是可移动元件1702。电连接到可移动元件1702和固定元件1704的模拟前端(AFE)测量它们之间的电容并基于电容输出信号。AFE可以通过测量电容电流或电荷来实现。当AFE输出信号暂时具有零幅度时，发生AFE输出信号的过零。来自惯性传感器1800的输出信号的过零在1802和1804处产生，并在1806处组合成组合信号。信号处理模块1808处理组合的模拟信号以确定惯性信息。一个或多个过程可以将组合的模拟信号转换成矩形波形1812。这可以使用比较器，通过将模拟信号放大到轨道或通过其他方法来实现。
矩形波形1812包括具有高值和低值的矩形脉冲流，没有花费大量时间在高值和低值之间转换。高值和低值之间的转换对应于组合模拟信号的过零。当可移动元件1702的位移1818与参考电平1814和1816交叉时，发生高值和低值之间的过渡以及过零。参考电平1814和1816对应于传感器1800的可移动部分的物理位置。因为过零与特定的物理位置相关联，所以可以可靠地确定位移信息，而不受漂移、蠕变和倾向于降低惯性传感器的性能的其他因素的影响。
图19描绘了曲线图1900，其表示从惯性传感器1800导出的模拟信号与过零时间和惯性传感器的位移的关联。曲线图1900表示从振荡器导出的信号，其中相对的齿在静止位置处对齐。曲线图1900包括曲线1902、1904和1906。曲线1902表示诸如跨阻抗放大器(TIA)的AFE的输出。由于TIA输出与其输入电流成比例的信号，因此曲线1902表示在惯性设备(诸如，惯性设备1800)的可移动元件和固定元件之间测量的电容性电流。曲线1906表示施加到惯性设备的输入加速度。由曲线1906表示的输入加速度是20Hz下的15g加速度。曲线1904表示惯性设备1800的可移动元件在其振荡时的位移。
图19包括指示曲线1902上曲线1902与零电平相交的点的方形符号。电流中的这些过零表示惯性设备的可移动元件和固定元件之间的电容的局部最大值或最小值(极值)，因为电容性电流与电容的一阶导数成比例。图19包括指示曲线1904上的对应于曲线1902过零的时间的点的圆形符号。圆形符号指示振荡器的可移动元件的物理位置与信号1902的输出的过零时间之间的相关性。
在时间1918处，曲线1902过零，因为振荡器的可移动元件的位移处于最大值并且振荡器处于静止，如位移曲线1904所示。这里，电容达到局部极值，因为可移动元件的速度为零，不一定是因为振荡器的齿或梁与相对的齿或梁对齐。在时间1920处，TIA输出曲线1902过零，因为振荡器位移到达+d0位置1908。+d0位置1908对应于等于节距的正方向上的位移，并且是相对的齿或梁对齐以产生最大电容的点。在时间1922处，TIA输出曲线1902过零，因为振荡器的可移动元件处于齿反对齐的位置。这发生在可移动元件1702(图17)的齿与固定元件1704的齿之间的间隙中心对齐的位置时，导致电容最小。该最小电容发生在+d0/21910的位置处，其对应于在正方向上的节距的一半的位移。
在时间1924处，TIA输出曲线1902过零，因为可移动元件1702(图17)的齿与固定元件1704(图17)的齿对齐，产生最大电容。时间1924对应于可移动元件处于静止位置的时间，由曲线1904上的零位移1912指示。在时间1926处，TIA输出2002过零，因为可移动元件1702的齿(图17)与固定元件1704(图17)的齿反对齐，产生局部最小电容。这种反对齐发生在-d0/2 1914的位移处，其对应于在负方向上的节距的一半的位移。
在时间1928处，TIA输出1902过零，因为可移动元件1702(图17)的齿相对于固定元件1704(图17)的齿处于对齐位置，从而产生局部最大电容。该局部电容最大值出现在-d01916的位移处，其对应于等于在负方向上的该距离的位移。在时间1930处，TIA输出曲线1902过零，因为可移动元件1702(图17)在其反转方向时的速度为零。这种方向的反转由位移曲线1904示出。在时间1918处，当可移动元件的速度为零时，电容不随时间变化，因此电流和TIA输出(与电容的一阶导数成比例)是零。
图20描绘了曲线图2000，其示出了外部扰动对本文所述的任何惯性传感器的输入和输出信号的影响。曲线图2000包括类似于TIA输出曲线1902的TIA输出曲线2002、类似于位移曲线1904的位移曲线2004、以及类似于输入加速度曲线1906的输入加速度曲线2006。图20还描绘了类似于位置+d0 1908的位置+d0 2008、类似于位置+d0/21910的位置+d0/22010、类似于位置-1912的位置0 2012、类似于位置-d0/2 1914的位置-d0/2 2014以及类似于位置-d0 1916的位置-d0 2016。曲线图2000描绘了曲线图1900中描绘的相同信号并且唯一的区别在于曲线图2000表示比曲线图1900更长的持续时间。随着曲线图2000中显示的更长的持续时间，更容易辨别输入加速度曲线2006的周期性。另外，可以在曲线图2000中辨别最大位移交叉2020和最小位移交叉2022以经历类似的周期性。与最大位移交叉2020和最小位移交叉2022相比，其幅度随时间变化，由固定和可移动元件1704(图17)和1702(图17)的齿的对齐或反对齐触发的TIA输出信号1902的过零在位置+d0 2008、+d0/2 2010、0、2012、-d0/2 2014和-d0 2016随时间稳定。这些振幅随时间稳定的参考交叉提供稳定的、与漂移无关的振荡器位移指示，并且可以用于提取惯性参数。
图21描绘了曲线图2100，其示出了电流对振荡器位移的响应。曲线图2100包括电流曲线2102和位移曲线2104。电流曲线2102表示TIA的输入信号。作为响应，TIA可以产生输出信号，诸如TIA输出曲线1902和2002中的一个或两个。电流曲线2102是根据位移曲线2104响应于可移动梁1702(图17)的位移而在固定梁1704(图17)和可移动梁1702(图17)之间的电容性电流。电流曲线2102在许多时间过零，包括时间2124、2126、2128和2130。在时间2124和2130处，可移动元件1702(图17)具有-d0的位移，如曲线图2100所示。在时间2126和2128处，可移动元件1702(图17)具有+d0的位移，如曲线图2100所示。
曲线图2100包括两个时间间隔T43 2132和T61 2134。时间间隔T43 2132对应于时间2126和时间2128之间的时间差。时间间隔T61 2134对应于时间2124和2130之间的时间差。因此，时间间隔T61 2134对应于-d0 2116电平的后续交叉之间的时间，并且时间间隔T43 2132对应于+d0 2108电平的后续交叉之间的时间间隔。用于确定时间间隔T43 2132和T61 2134的方法可以用于确定其他时间间隔，诸如在+d0 2108的交叉和-d0 2116电平的下一个后续交叉之间，在交叉-d0 2116电平的交叉和+d0 2108电平的下一个交叉之间的时间间隔之间，在时间2130和+d0 2108电平的下一个交叉之间，在零2112电平的交叉之间，在由于位移的最大值或最小值导致的过零之间，或者在电流曲线2702的过零或对应于电流曲线2102的TIA输出信号的任何其他组合之间。
图22描绘了示出表示电流信号2102的过零时间的矩形波形信号的曲线图2200。曲线图2200包括矩形波形曲线2236。矩形波形曲线2236具有基本两个值：高值和低值。虽然矩形波形曲线2236在高值和低值之间转换时可以具有中间值，但是在中间值处花费的时间远小于在值的高和低处花费的组合时间。
矩形波形曲线2236可以通过各种方法产生，包括使用比较器来检测输入信号的变化，通过将输入信号放大到放大器的极限以使放大器饱和(放大到轨道)，通过使用模数转换器等。从电流曲线2102产生该矩形波形曲线2236的一种方式是使用比较器来检测电流曲线2102的过零。当电流曲线2102具有大于参考电平(诸如零)的值时，比较器输出高值，并且当电流曲线2102具有小于参考电平(诸如零)的值时，比较器具有低值。当电流曲线2102从负值转变为正值时，比较器的输出从低转变为高，并且当电流曲线2102从正值转变为负值时，比较器的输出从高转变为低。因此，矩形波形曲线2236的上升沿的时间对应于电流曲线2104的负到正过零的时间，并且矩形波形曲线2236的下降沿对应于电流曲线2102的正到负过零。
矩形波形曲线2236包括与电流曲线2102相同的时间间隔2132和2134。将电流曲线2102转换为矩形波形信号(诸如矩形波形曲线2236)的一个好处是在矩形波形信号中，上升沿和下降沿更陡峭。陡峭的上升沿和下降沿提供更精确的沿时序分辨率和更低的时序不确定性。另一个好处是矩形波形信号适合于数字处理。
图23描绘了示出了位移曲线2104的附加时间间隔的曲线图2300。除了曲线图2100中描绘的时间之外，曲线图2300还包括时间2336和2338。除了曲线图2100中描绘的时间间隔之外，曲线图2300包括时间间隔T94 2340和时间间隔T76 2342。时间间隔T94 2340对应于时间2128和2338之间的时间间隔，d0 2108电平的两个交叉。时间间隔T76 2342对应于时间2130和2336之间的时间间隔，-d0 2116电平的两个交叉。
如在图19中可见，由位移曲线1904所示的振荡器位移经历与由加速度曲线1906指示的输入加速度相关的偏移。因此，检测位移曲线2104的位移并因此检测输入加速度的一种方式是比较过零时间的相对位置。例如，时间间隔T43 2132和T94 2340的总和表示振荡周期，周期T61 2134和T36 2342的总和也是如此。在比较周期的子集时，诸如将时间间隔T432132与时间间隔T43 2132和T94 2340的总和进行比较表示振荡器在大于+d0 2108的位移时所花费的时间的比例。该比例从参考比例的增加指示在正方向上比参考更大的加速度。同样地，该比例从参考的减少指示在负方向上的更大的加速度。其他时间间隔可以用于计算其他比例和加速度的变化。
在一些示例中，可以执行使用本文描述的系统和方法对矩形波形的部分进行积分以确定过零时间的相对位置，从而确定加速度、旋转和/或速度的相对位置。在其他示例中，可以使用等式1、2和3从
图23中描绘的时间间隔确定振荡器的位移。
可以使用胡克定律将振荡器的位移转换为加速度。对于振荡器的每个半周期，可以递归地计算振荡器的位移。使用该信息，可以根据时间记录振荡器的位移。这允许计算具有零漂移和较低宽带噪声的外部扰动。
图24描绘了惯性传感器(例如，惯性传感器1800)的电容与可移动元件(例如，可移动元件1702)的位移之间的关系。图24包括电容曲线2402，其是周期性的并且基本是正弦的。因此，可移动元件1702(图17)的单调运动产生随着位移非单调变化的电容。这非单调地是传感器100的几何结构和传感器100被激励的方式的函数。
图25描绘了位移与电容相对于位移的一阶导数之间的关系。图25包括dC/dx曲线2502，其是周期性的并且基本是正弦曲线。dC/dx曲线2502是电容曲线2402的一阶导数。因此，当电容曲线2402经历局部极值时，dC/dx曲线2502过零。电容电流与电容的一阶导数成比例，因此与dC/dx曲线2502成比例，并与dC/dx曲线2502共享过零。
图26描绘了位移与电容相对于位移的二阶导数之间的关系。图26包括d2C/dx2曲线2602。dC/dx2曲线2602是dC/dx曲线2502的一阶导数，并且因此在dC/dx曲线2502的局部极值处具有零值。d2C/dx2曲线2602指示dC/dx曲线2502的斜率，因此指示电流最快速变化的位置。在一些实施方式中，期望最大化d2C/dx曲线2602的振幅以最大化电流曲线的陡度。这降低了解决电流过零时间的不确定性。降低过零时间的不确定性会导致系统噪声降低，抖动减小，以及系统所需的增益降低。抖动减少导致外部扰动的分辨率提高。在一些实施方式中，期望最小化可变寄生电容的影响，所述可变寄生电容是随振荡器运动而变化的寄生电容。
图27描绘了时间、电容电流的变化率和位移之间的关系。图27包括dI/dt曲线2702。用于确定dI/dt曲线2702的电容性电流是通过在用于产生电容曲线2402的电容器两端施加固定电压而获得的。dI/dt曲线2702表示电容电流随时间变化的速率，从而提供当前斜率的陡度指标。dI/dt信号的高幅度指示快速变化的电流和高电流斜率。由于用于产生图24-27中所示的曲线的振荡器振荡大约零位移并且在+15μm和-15μm的位移处反转方向，振荡器的速度在其位移的极值处最低。在这些位移极值处，电流也变化得不那么快，因此dI/dt曲线2702具有较低的幅度。使用dI/dt曲线2702具有大值的过零导致改善的定时分辨率和减少的抖动。这些过零发生在振荡器范围的中心附近。
图28描绘了用于从非线性周期信号提取惯性参数的方法2800的流程图。在2802处，接收第一非线性周期信号。在2804处，可选地接收第二非线性周期信号。第一非线性周期信号和可选的第二非线性周期信号可以由图1-16描绘的任何TDS结构产生并且在被配置为从一个或多个非线性周期信号提取惯性参数的信号处理电路处接收。
在2806处，可选地，第一和第二非线性周期信号被组合成组合信号。这可以通过元件1806来完成。如果省略步骤2804和2806，则方法2800从2802直接进行到2808。
在2808处，通过包括比较器和/或高增益放大器的信号处理电路将信号转换为二值信号。二值信号可以是基本仅具有两个值的信号，但是可以在两个值之间快速转换。该二值信号可以是数字信号，诸如从数字电路元件输出的数字信号。在一些示例中，通过使用高增益放大器放大组合信号或第一和第二非线性信号之一来产生二值信号。该技术可以被称为“放大到轨道”。二值信号可以是信号1812。可以基于阈值确定二值信号，使得如果组合的、第一或第二信号高于阈值，则二值信号呈现第一值，并且如果低于阈值，则二值信号呈现第二值。
在2810处，确定二值信号的两个值之间的转变的时间。在一些示例中，这些时间可以使用时间-数字转换器(TDC)或通过模数转换器和数字信号处理来确定。以这种方式确定的时间间隔可以是间隔2132、2134、2340和2342中的一个或多个。
在2814处，将三角函数应用于所确定的时间间隔。三角函数可以是正弦函数、余弦函数、正切函数、余切函数、割线函数和余割函数。三角函数也可以是反三角函数中的一个或多个，诸如反正弦函数、反余弦函数、反正切函数、反余切函数、反割线函数和反余割函数。应用三角函数可以包括将三角函数应用于基于所确定的时间间隔的变量。
在2816处，从应用三角函数的结果提取惯性参数。提取惯性参数可以包括曲线拟合和计算结果的导数。惯性参数可以是传感器加速度、传感器速度、传感器位移、传感器旋转速率、传感器旋转加速度和线性或旋转加速度的高阶导数中的一个或多个，诸如加加速度、卡扣、裂纹和爆裂。
图29描绘了用于基于非线性周期信号确定两个值之间的转变的时间的方法2900。方法2900可以用于执行方法2800的步骤2802、2804、2806、2808和2810中的一个或多个。
在2902处，在信号处理电路处接收第一非线性周期信号的第一值，该信号处理电路可以包括TDC或数字电路。在2904处，可选地在TDC或数字电路处接收第二非线性周期信号的第二值。第一和第二值是特定时刻的第一和第二信号的值，并且可以是模拟值或数字值。方法2900的第一和第二非线性周期信号可以与方法2800的第一和第二非线性周期信号相同。
在2906处，可选地将第一和第二值组合成组合值。可以使用元件1806来组合这些值，元件1806可以包括求和放大器、差分放大器、模拟乘法器和/或模拟除法器。组合可以包括对值求和，取值的差，乘以值或除以值。如果省略了可选步骤2904和2906，则方法2900从2902直接进行到2908。
在2908处，将第一值或组合值与阈值进行比较。如果该值高于阈值，则方法2900进行到2910。
在2910处，为当前时间指派高值。如果该值不高于阈值，则方法2900进行到2912。在2912处，为当前时间指派低值。步骤2908、2910和2912可以用于从输入信号产生具有高值和低值的二值信号。方法2900的二值信号可以与方法2800的信号相同。
在2914处，将当前时间的信号的值与紧接在前时间的信号的值进行比较。如果两个值相同，则方法2900进行到2916，其中方法2900终止。如果两个值不相同，则发生转变并且方法进行到2918。
在2918处，确定转变的感测(转变是上升沿还是下降沿)。如果当前时间的值大于在前时间的值，则为转换指派上升沿。
如果当前时间的值不高于在前时间的值，则方法2900进行到2922。在2922处，为转变指派下降沿。因此，检测到具有转变的时间并将其分类为具有上升沿或下降沿。在2924处，确定转变与另一转变之间的时间间隔。可以通过获得转变时间之间的时间差值来确定这些转变时间之间的时间间隔。
图30描绘了从时间间隔计算惯性参数的方法3000。方法3000可用于执行方法2800的步骤2814和2816中的一个或多个。
在3002处，在信号处理电路处接收第一和第二时间间隔，该信号处理电路可包括TDC或数字电路。可以使用方法2900确定第一和第二时间间隔。
在3004处，使用诸如专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)的数字信号处理电路来计算第一和第二时间间隔的总和。总和可以是由等式2和3描述的测量周期。在3006处，计算第一时间间隔与总和的比率。该比率可以是形成等式1中余弦函数的变量的一部分的比率中的一个或多个。
在3008处，通过数字信号信号处理电路使用比率来计算变量。该变量可以是等式1的余弦函数的变量中的一个或多个。
在3010处，通过数字信号处理电路将三角函数应用于变量。三角函数可以是参考方法2900的步骤2904描述的任何三角函数。
在3012处，数字信号处理电路使用一个或多个几何参数并使用应用三角函数的结果来计算位移。可以使用等式1来计算位移。计算位移可以涉及计算多于一个三角函数，并且除了计算的变量2008之外的变量可以被包括作为一些三角函数的变量。
在3014处，数字信号处理电路使用位移来计算一个或多个惯性参数。计算的惯性参数可以是参考方法2800的步骤2816描述的任何惯性参数。惯性参数可以通过获得相对于时间的位移的一个或多个导数来计算。可以使用计算的位移的偏移来提取惯性参数以确定外部加速度。以这种方式，从时间间隔计算惯性参数。
本文描述的系统可以使用MEMS和微电子制造工艺(诸如，光刻、沉积和蚀刻)来制造。MEMS结构的特征用光刻图案化，并且通过蚀刻去除选定的部分。这种蚀刻可以包括深反应离子蚀刻(DRIE)和湿蚀刻。在一些实例中，沉积一个或多个中间金属、半导体和/或绝缘层。基础晶片可以是诸如硅的掺杂半导体。在一些示例中，离子注入可用于增加由光刻限定的区域中的掺杂水平。弹簧系统可以限定在衬底硅晶片中，然后将其粘合到也由硅制成的顶盖和底盖晶片。以这种方式包住弹簧系统允许围绕质量块的体积被抽空。在一些示例中，诸如钛的吸气剂材料沉积在抽空的体积内，以在设备的整个寿命期间保持低压。这种低压增强了谐振器的品质因素。从MEMS结构，使用诸如溅射或物理气相沉积(PVD)的金属沉积技术来沉积导电迹线。这些导电迹线将MEMS结构的有源区域电连接到微电子电路。类似的导电迹线可以用于将微电子电路彼此电连接。可以使用包括引线键合和倒装芯片封装的半导体封装技术来封装所制造的MEMS和微电子结构。
如本文所使用的，术语“存储器”包括适于存储数字数据的任何类型的集成电路或其他存储设备，包括但不限于ROM、PROM、EEPROM、DRAM、SDRAM、DDR/2SDRAM、EDO/FPMS、RLDRAM、SRAM，闪存(例如，AND/NOR、NAND)、存储存储器和PSRAM。
如本文所使用的，术语“处理器”通常意味着包括所有类型的数字处理设备，包括但不限于数字信号处理器(DSP)、精简指令集计算机(RISC)、通用(CISC)处理器、微处理器、门阵列(例如，FPGA)、PLD、可重新配置的计算结构(RCF)、阵列处理器、安全微处理器和ASIC。这种数字处理器可以包含在单个整体集成电路管芯上，或者分布在多个组件上。
从以上对系统的描述中可以明显看出，在不脱离其范围的情况下，可以使用各种技术来实现系统的概念。在一些示例中，这里描述的任何电路可以实现为没有移动部件的印刷电路。此外，系统的各种特征可以实现为要在处理设备(例如，通用处理器、ASIC、FPGA等)上执行的软件例程或指令。所描述的实施例在所有方面都被认为是示例性的而不是限制性的。还应该理解，该系统不限于这里描述的特定示例，而是可以在不脱离权利要求的范围的情况下以其他示例实现。
类似地，虽然在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这不应该被理解为要求以所示的特定顺序或按顺序执行这样的操作，或者执行所有示出的操作，以实现期望的结果。
作为x、y、z、u、v、长轴和/或短轴的轴的参考是为了在不同的轴之间区分。可以使用针对任何给定轴或不同轴取向的不同符号而不影响本公开的范围。
本文使用术语第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九等来在元件、组件等之间区分。这些术语在本文中使用时并不暗示顺序或顺序，除非由上下文清楚地表明。

Claims (15)

1.一种系统，包括：
检验质量块；
旋转驱动，所述旋转驱动被配置为绕z轴旋转；
第一结构，所述第一结构将所述旋转驱动连接到所述检验质量块，并且所述第一结构包括：
长轴，所述长轴从第一锚穿过到达所述检验质量块并且当所述第一结构静止时所述长轴与y轴对齐，所述y轴垂直于所述z轴，以及
联接弹簧，所述联接弹簧具有沿垂直于所述长轴的短轴的刚度，沿垂直于所述长轴的短轴的刚度不同于沿所述长轴的刚度；
第二结构，所述第二结构包括驱动弹簧，所述驱动弹簧具有沿所述y轴的刚度，沿所述y轴的刚度不同于沿垂直于所述y轴和z轴的x轴的刚度；以及
第二锚，所述第二锚通过所述第二结构连接到所述检验质量块。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述联接弹簧和所述驱动弹簧被配置为当所述旋转驱动绕所述z轴旋转时使所述检验质量块基本沿所述x轴移动。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述联接弹簧被配置为当所述旋转驱动旋转时弯曲。
4.根据任一前述权利要求所述的系统，其中：
所述检验质量块的质心径向地位于所述驱动弹簧附接到所述检验质量块所在的点和所述联接弹簧附接到所述检验质量块所在的点之间。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述驱动弹簧在所述检验质量块上施加扭矩，所述扭矩基本防止所述检验质量块绕所述质心旋转。
6.根据任一前述权利要求所述的系统，其中：
所述第一结构包括臂；
所述联接弹簧沿所述短轴的刚度基本大于所述联接弹簧沿所述长轴的刚度；以及
所述驱动弹簧沿所述y轴的刚度基本大于所述驱动弹簧沿所述x轴的刚度。
7.根据任一前述权利要求所述的系统，还包括：
第二驱动弹簧，所述第二驱动弹簧连接到所述检验质量块和第三锚，所述第二驱动弹簧具有沿所述y轴的刚度，沿所述y轴的刚度不同于沿x轴的刚度。
8.根据任一前述权利要求所述的系统，其中，所述驱动弹簧被配置为：
当所述旋转驱动绕所述z轴旋转第一旋转矢量时伸展；以及
当所述旋转驱动绕所述z轴旋转与所述第一旋转矢量相反的第二旋转矢量时压缩。
9.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统，其中：
所述第一结构包括驱动框架；
所述联接弹簧沿所述长轴的刚度基本大于所述联接弹簧沿所述短轴的刚度；
所述驱动弹簧沿所述y轴的刚度基本大于所述驱动弹簧沿所述x轴的刚度。
10.根据任一前述权利要求所述的系统，所述检验质量块还包括传感器，所述传感器被配置为表征所述检验质量块沿所述x轴的所述运动。
11.根据权利要求10所述的系统，所述传感器包括梳。
12.根据权利要求10所述的系统，所述传感器包括时域切换结构。
13.根据权利要求10至12中的任一项所述的系统，所述传感器被配置为确定所述系统沿所述x轴的加速度。
14.根据权利要求10至13中的任一项所述的系统，所述传感器被配置为确定所述检验质量块沿所述x轴的速度。
15.根据任一前述权利要求所述的系统，还包括：
第二检验质量块，所述第二检验质量块通过包括第二联接弹簧的第三结构连接到所述旋转驱动；以及
第三锚，所述第三锚通过包括第二驱动弹簧的第四结构连接到所述第二检验质量块；
其中，所述第二联接弹簧和所述第二驱动弹簧被配置为当所述旋转驱动绕所述z轴旋转时使所述第二检验质量块基本沿所述y轴移动。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111623762A (zh) * 2020-05-25 2020-09-04 东南大学 一种环形可阵列式四质量耦合六轴微惯性传感器及其加工方法
CN113310479A (zh) * 2021-05-24 2021-08-27 美新半导体(天津)有限公司 一种三轴陀螺仪
CN113753843A (zh) * 2021-07-04 2021-12-07 西北工业大学 一种高振型稳定性的mems环形谐振器

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3161416A2 (en) * 2014-06-26 2017-05-03 Lumedyne Technologies Incorporated Systems and methods for extracting system parameters from nonlinear periodic signals from sensors
US11231441B2 (en) * 2015-05-15 2022-01-25 Invensense, Inc. MEMS structure for offset minimization of out-of-plane sensing accelerometers
CN107636473B (zh) 2015-05-20 2020-09-01 卢米达因科技公司 从非线性的周期性信号中提取惯性信息
US10126129B2 (en) * 2016-07-11 2018-11-13 Nxp Usa, Inc. Vibration and shock robust gyroscope
US10234477B2 (en) 2016-07-27 2019-03-19 Google Llc Composite vibratory in-plane accelerometer
US11733263B2 (en) * 2018-09-21 2023-08-22 Analog Devices, Inc. 3-axis accelerometer
WO2020145202A1 (en) * 2019-01-08 2020-07-16 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Sensing device
JP6897806B2 (ja) * 2019-02-15 2021-07-07 株式会社村田製作所 バランス型多軸ジャイロスコープ
EP3696503B1 (en) * 2019-02-15 2022-10-26 Murata Manufacturing Co., Ltd. Vibration-robust multiaxis gyroscope
JP7188311B2 (ja) * 2019-07-31 2022-12-13 セイコーエプソン株式会社 ジャイロセンサー、電子機器、及び移動体
TWI770605B (zh) * 2019-09-10 2022-07-11 昇佳電子股份有限公司 微機電陀螺儀
DE102020203921A1 (de) 2020-03-26 2021-09-30 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Mikromechanisches Bauelement, aufweisend ein Substrat, eine seismische Masse und eine Aufhängung
DE102020112267A1 (de) 2020-05-06 2021-11-11 Northrop Grumman Litef Gmbh Drehfederelement
CN111766404B (zh) * 2020-07-30 2024-09-10 中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心 基于刚度耦合的低应力z轴mems加速度计
EP4063316A1 (en) * 2021-03-25 2022-09-28 Murata Manufacturing Co., Ltd. Channel for decreasing damping asymmetry
IT202100020504A1 (it) * 2021-07-30 2023-01-30 St Microelectronics Srl Giroscopio mems avente una migliorata reiezione all'errore di quadratura
CN116734821A (zh) * 2022-03-04 2023-09-12 瑞声开泰科技(武汉)有限公司 微机械陀螺仪及电子产品
US20230365397A1 (en) * 2022-05-10 2023-11-16 Invensense, Inc. Anchor design with rejection of external shear force

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8042396B2 (en) * 2007-09-11 2011-10-25 Stmicroelectronics S.R.L. Microelectromechanical sensor with improved mechanical decoupling of sensing and driving modes
DE102012219511A1 (de) * 2012-10-25 2014-04-30 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Struktur
US20140260608A1 (en) * 2013-03-13 2014-09-18 Freescale Semiconductor, Inc. Angular rate sensor having multiple axis sensing capability
CN105091875A (zh) * 2014-05-21 2015-11-25 因文森斯公司 具有解耦驱动系统的mems传感器

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1083430B1 (en) * 1999-09-10 2006-07-26 STMicroelectronics S.r.l. Semiconductor integrated inertial sensor with calibration microactuator
DE102004017480B4 (de) * 2004-04-08 2009-04-16 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Rotations-Drehratensensor mit mechanisch entkoppelten Schwingungsmoden
DE102009026511A1 (de) * 2009-05-27 2010-12-02 Sensordynamics Ag Mikro-Gyroskop zur Ermittlung von Rotationsbewegungen um mindestens eine von drei senkrecht aufeinanderstehenden Raumachsen
JP5822177B2 (ja) * 2011-05-20 2015-11-24 セイコーエプソン株式会社 ジャイロセンサー、電子機器
US9863769B2 (en) * 2011-09-16 2018-01-09 Invensense, Inc. MEMS sensor with decoupled drive system
US8875576B2 (en) * 2012-03-21 2014-11-04 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Apparatus and method for providing an in-plane inertial device with integrated clock
EP3161416A2 (en) * 2014-06-26 2017-05-03 Lumedyne Technologies Incorporated Systems and methods for extracting system parameters from nonlinear periodic signals from sensors
WO2017000032A1 (en) 2015-06-30 2017-01-05 Remsafe Pty Ltd A remote isolation system and mobile device for use in the remote isolation system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8042396B2 (en) * 2007-09-11 2011-10-25 Stmicroelectronics S.R.L. Microelectromechanical sensor with improved mechanical decoupling of sensing and driving modes
DE102012219511A1 (de) * 2012-10-25 2014-04-30 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Struktur
CN103776437A (zh) * 2012-10-25 2014-05-07 罗伯特·博世有限公司 微机械结构
US20140260608A1 (en) * 2013-03-13 2014-09-18 Freescale Semiconductor, Inc. Angular rate sensor having multiple axis sensing capability
US9194704B2 (en) * 2013-03-13 2015-11-24 Freescale Semiconductor, Inc. Angular rate sensor having multiple axis sensing capability
CN105091875A (zh) * 2014-05-21 2015-11-25 因文森斯公司 具有解耦驱动系统的mems传感器

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111623762A (zh) * 2020-05-25 2020-09-04 东南大学 一种环形可阵列式四质量耦合六轴微惯性传感器及其加工方法
CN111623762B (zh) * 2020-05-25 2021-11-12 东南大学 一种环形可阵列式四质量耦合六轴微惯性传感器及其加工方法
CN113310479A (zh) * 2021-05-24 2021-08-27 美新半导体(天津)有限公司 一种三轴陀螺仪
CN113753843A (zh) * 2021-07-04 2021-12-07 西北工业大学 一种高振型稳定性的mems环形谐振器
CN113753843B (zh) * 2021-07-04 2024-01-16 西北工业大学 一种高振型稳定性的mems环形谐振器

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