DE102024200209A1

DE102024200209A1 - Angular rate sensor with a substrate and a double rotor and method for operating a angular rate sensor with a substrate and a double rotor

Info

Publication number: DE102024200209A1
Application number: DE102024200209.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas LASSL; Nils Felix Kuhlmann; Matthias Wenzel; Jochen Reinmuth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2023-12-08
Filing date: 2024-01-10
Publication date: 2025-06-12

Abstract

Es wird ein Drehratensensor und ein Verfahren zum Betrieb eines Drehratensensors mit einem Substrat und einem Doppelrotor vorgeschlagen, wobei das Substrat eine Haupterstreckungsebene mit einer X- und einer dazu senkrecht verlaufenden Y-Richtung aufweist, wobei der Doppelrotor einen ersten Rotor und zweiten Rotor aufweist, die - entlang der X-Richtung beabstandet und durch einen Zentralbereich voneinander getrennt - über eine jeweilige Aufhängung elastisch mit dem Substrat verbunden sind und die über ein erstes Kopplungselement derart elastisch miteinander verbunden sind, dass die beiden Rotoren zu gegenphasigen Drehschwingungen anregbar sind, wobei die Drehachsen der Rotoren in einer Z-Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Substrats verlaufen, wobei der Drehratensensor erste Detektionselektroden und zweite Detektionselektroden aufweist, wobei der erste Rotor mit einer ersten seismischen Masse und einer zweiten seismische Masse derart verbunden ist, dass diese jeweils in radialer Richtung gegenüber dem ersten Rotor und im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene auslenkbar gelagert sind, wobei der zweite Rotor mit einer dritten seismischen Masse und einer vierten seismische Masse derart verbunden ist, dass diese jeweils in radialer Richtung gegenüber dem zweiten Rotor und im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene auslenkbar gelagert sind, wobei die erste seismische Masse mit der dritten seismischen Masse über ein erstes Wippenelement derart verbunden ist, dass die dritte seismische Masse bei einer radialen Auslenkung der ersten seismischen Masse in eine, der radialen Auslenkung der ersten seismischen Masse entgegengesetzten Richtung ausgelenkt wird, wobei die zweite seismische Masse mit der vierten seismischen Masse über ein zweites Wippenelement derart verbunden ist, dass die vierte seismische Masse bei einer radialen Auslenkung der zweiten seismischen Masse in eine, der radialen Auslenkung der zweiten seismischen Masse entgegengesetzte Richtung ausgelenkt wird, wobei das erste und zweite Wippenelement über ein zweites Kopplungselement elastisch derart miteinander verbunden sind, dass die radialen Auslenkungen der ersten und zweiten seismischen Massen antiparallel erfolgen und die radialen Auslenkungen der dritten und vierten seismischen Masse ebenfalls antiparallel erfolgen.

A yaw rate sensor and a method for operating a yaw rate sensor with a substrate and a double rotor are proposed, wherein the substrate has a main extension plane with an X-direction and a Y-direction running perpendicular thereto, wherein the double rotor has a first rotor and a second rotor, which - spaced apart along the X-direction and separated from one another by a central region - are elastically connected to the substrate via a respective suspension and which are elastically connected to one another via a first coupling element in such a way that the two rotors can be excited to antiphase torsional oscillations, wherein the rotation axes of the rotors run in a Z-direction perpendicular to the main extension plane of the substrate, wherein the yaw rate sensor has first detection electrodes and second detection electrodes, wherein the first rotor is connected to a first seismic mass and a second seismic mass in such a way that these are each mounted so as to be deflectable in the radial direction relative to the first rotor and substantially parallel to the main extension plane, wherein the second rotor is connected to a third seismic mass and a fourth seismic mass is connected in such a way that they are each mounted so as to be deflectable in the radial direction relative to the second rotor and substantially parallel to the main plane of extension, wherein the first seismic mass is connected to the third seismic mass via a first rocker element in such a way that the third seismic mass is deflected in a direction opposite to the radial deflection of the first seismic mass upon a radial deflection of the first seismic mass, wherein the second seismic mass is connected to the fourth seismic mass via a second rocker element in such a way that the fourth seismic mass is deflected in a direction opposite to the radial deflection of the second seismic mass upon a radial deflection of the second seismic mass, wherein the first and second rocker elements are elastically connected to one another via a second coupling element in such a way that the radial deflections of the first and second seismic masses are antiparallel and the radial deflections of the third and fourth seismic masses are also antiparallel.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Drehratensensor mit einem Substrat und einem Doppelrotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention is based on a rotation rate sensor with a substrate and a double rotor according to the preamble of claim 1.

Derartige Drehratensensoren mit einem Substrat und einem Doppelrotor sind allgemein bekannt.Such angular rate sensors with a substrate and a double rotor are well known.

Beispielsweise ist aus der Druckschrift DE 10 2021 200 483 A1 ein dreiachsiger Drehratensensor mit einem Substrat und einem Doppelrotor bekannt, wobei der Doppelrotor einen ersten und zweiten Rotor aufweist, die über ein erstes Kopplungselement derart elastisch miteinander verbunden sind, dass die beiden Rotoren zu gegenphasigen Drehschwingungen anregbar sind.For example, from the publication DE 10 2021 200 483 A1 a three-axis rotation rate sensor with a substrate and a double rotor is known, wherein the double rotor has a first and a second rotor which are elastically connected to one another via a first coupling element in such a way that the two rotors can be excited to antiphase torsional oscillations.

Nachteilig an derartigen Drehratensensoren ist, dass durch die Antriebsbewegungen (gegenphasige Drehschwingungen) der beiden Rotoren (aufgrund der Kopplung der ersten und dritten seismischen Masse mittels des ersten Wippenelements und der zweiten und vierten seismischen Masse mittels des zweiten Wippenelements) unerwünschte Biegebewegungen in den Wippenelementen erzeugt werden. Dies führt zu einem Signal mit doppelter Frequenz (2f-Signal) in der Detektion mittels der Detektionselektroden, welches das eigentliche Nutzsignal überlagert und somit verschlechtert.A disadvantage of such yaw rate sensors is that the drive movements (antiphase torsional vibrations) of the two rotors (due to the coupling of the first and third seismic masses via the first rocker element and the second and fourth seismic masses via the second rocker element) generate undesirable bending movements in the rocker elements. This leads to a signal with double frequency (2f signal) in the detection via the detection electrodes, which overlays the actual useful signal and thus degrades it.

Ferner ist es bei derartigen Drehratensensoren nachteilig, dass bei einer anliegenden Drehrate in Y-Richtung sich - aufgrund der Antriebsbewegung und ihrer dadurch bewirkten Bewegung parallel zur X-Richtung - die erste und die vierte seismische Masse abwechselnd in die positive bzw. negative Z-Richtung sowie die zweite und die dritte seismische Masse abwechselnd in die negative bzw. positive Z-Richtung ausgelenkt werden. Aufgrund der Kopplung der ersten und dritten seismischen Masse mittels des ersten Wippenelements und der zweiten und vierten seismischen Masse mittels des zweiten Wippenelements ergibt sich nachteilig, dass bei einer Auslenkung der seismischen Massen die Wippenelemente Verwindungen bzw. Torsionsbewegungen unterliegen. Dies kann je nach Elektrodenform dazu führen, dass ein scheinbares Nutzsignal für eine anliegende Drehrate in Z-Richtung detektiert wird. Somit ist nachteilig eine erhöhte Querempfindlichkeit bezüglich der Detektion gegeben. Weiter ist nachteilig, dass diese Auslenkung der seismischen Massen in Z-Richtung auch zu einer Out-Of-Plane Bewegung der Wippenelemente führt (Rotation der Wippenelemente und der mit diesen über nahezu ihre vollständige Länge verbundenen Detektionselektroden um die Y-Achse). Diese Bewegung bzw. Rotation führt dazu, dass ein Signal (2f-Signal) mit doppelter Frequenz erzeugt wird, da der Überlapp der Elektrodenflächen zwischen dem feststehenden (bzw. substratfesten) Teil der Elektroden der Detektionselektroden (aufgrund der Bewegung in Z-Richtung der Detektionselektroden) verringert wird.A further disadvantage of such yaw rate sensors is that when an applied yaw rate in the Y direction is present, the first and fourth seismic masses are alternately deflected in the positive and negative Z directions, respectively, and the second and third seismic masses are alternately deflected in the negative and positive Z directions, respectively, due to the drive movement and the resulting movement parallel to the X direction. Due to the coupling of the first and third seismic masses by means of the first rocker element and the second and fourth seismic masses by means of the second rocker element, the rocker elements are subject to twisting and torsional movements when the seismic masses are deflected. Depending on the shape of the electrode, this can lead to an apparent useful signal for an applied yaw rate in the Z direction being detected. This disadvantageously results in increased cross-sensitivity with regard to detection. Another disadvantage is that this deflection of the seismic masses in the Z-direction also leads to an out-of-plane movement of the rocker elements (rotation of the rocker elements and the detection electrodes connected to them over almost their entire length around the Y-axis). This movement or rotation results in the generation of a signal (2f signal) with twice the frequency, since the overlap of the electrode surfaces between the fixed (or substrate-fixed) part of the detection electrodes is reduced (due to the movement of the detection electrodes in the Z-direction).

Zudem ist es im Allgemeinen ein Nachteil, wenn an dem ersten und/oder zweiten Wippenelement (aufgrund der Konzeption des Drehratensensors) Detektionselektroden derart starr aufgehängt bzw. angebunden sind, dass es aufgrund dieser Kopplung und aufgrund der damit einhergehenden niedrigeren Eigenfrequenzen einer solchen gekoppelten Struktur bei externen Störeinflüssen, insbesondere Vibrationen, vermehrt zu Störsignalen im oder näher am Frequenzbereich des Nutzsignals kommt.In addition, it is generally a disadvantage if detection electrodes are suspended or connected to the first and/or second rocker element (due to the design of the yaw rate sensor) in such a rigid manner that, due to this coupling and the associated lower natural frequencies of such a coupled structure, external interference, in particular vibrations, increasingly leads to interference signals in or closer to the frequency range of the useful signal.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe einen Drehratensensor mit einem Substrat und einem Doppelrotor bereitzustellen, welcher die oben genannten Nachteile nicht aufweist.Against this background, the task is to provide a yaw rate sensor with a substrate and a double rotor, which does not have the disadvantages mentioned above.

Der erfindungsgemäße Drehratensensor mit einem Substrat und einem Doppelrotor hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die ersten Detektionselektroden mit dem ersten Wippenelement und die zweiten Detektionselektroden mit dem zweiten Wippenelement jeweils ausschließlich in einem Bereich miteinander verbunden sind, der in X-Richtung dem Zentralbereich entspricht. Die ersten und/oder zweiten Detektionselektroden können vom Zentralbereich in Form von Armstrukturen bzw. Armen nach außen führend (d.h. in X-Richtung) ausgestaltet sein. Aufgrund der erfindungsgemäßen Verbindung bzw. Kopplung des ersten Wippenelements mit den ersten Detektionselektroden und/oder des zweiten Wippenelements mit den zweiten Detektionselektroden (lediglich im Zentralbereich - in X-Richtung zwischen den Rotoren) werden Torsionsbewegungen bzw. Verwindungen, welche auf die jeweiligen Wippenelemente wirken, nicht bzw. nur vermindert auf die Detektionselektroden übertragen. Somit ist eine verminderte Querempfindlichkeit bezüglich der Detektion gegeben. Weiter ergibt es sich erfindungsgemäß so, dass Störsignale mit doppelter Frequenz (2f-Signale) ebenfalls unterbunden bzw. gehemmt werden. Dies liegt darin begründet, dass die sich durch die Antriebsbewegung auf die jeweiligen Wippenelemente auswirkende Biegebewegung (2f-Biegebewegung) nicht (zumindest nicht ausgehend von den Armen des jeweiligen Wippenelements, an denen die Biegebewegungen ihre größte Wirkung entfalten) auf die jeweiligen Detektionselektroden übertragen wird. Rotationen der Wippenelemente, welche aufgrund von Out-Of-Plane Bewegungen der seismischen Massen hervorgerufen werden, wirken sich erfindungsgemäß ebenfalls nicht bzw. nur vermindert auf die Detektionselektroden aus. Aufgrund dessen lassen sich ebenfalls unerwünschte Signale mit doppelter Frequenz (2f-Signale) resultierend aus einer Verringerung des Überlapps der Fläche der Detektionselektroden mit den feststehenden Elektroden im Nutzsignal vermeiden. Somit ergibt sich vorteilhaft eine effektive und effiziente Entkopplung von den Torsionsbewegungen bzw. Verwindungen, Biegebewegungen und Rotationen zwischen dem ersten und/oder zweiten Wippenelement einerseits und den ersten und/oder zweiten Detektionselektroden andererseits. Zudem ist es vorteilhaft möglich, dass, aufgrund der erfindungsgemäßen Kopplung des jeweiligen Wippenelements mit den Detektionselektroden und vorzugsweise einer weiteren Verankerung der Detektionselektroden am Substrat, die Eigenfrequenzen von dem jeweiligen Wippenelement und den Detektionselektroden weitestgehend voneinander unbeeinflusst sind und/oder diese jeweils in einem vergleichsweise hohen Frequenzbereich und somit weiter vom Frequenzbereich des Nutzsignals oder der Nutzsignale liegen. Somit ist der Drehratensensor (aufgrund dieser erfindungsgemäßen Anordnung) robust gegen extern anliegende Vibrationen ausgestaltet und aus den Vibrationen resultierende Störsignale werden vorteilhaft unterbunden bzw. verringert. Die Verbindung bzw. Kopplung (zwischen dem ersten Wippenelement und den ersten Detektionselektroden und/oder zwischen dem zweiten Wippenelement und den zweiten Detektionselektroden) kann zudem im Bereich der Aufhängung des ersten und/oder zweiten Wippenelements verortet sein. Aufgrund dessen ergibt sich vorteilhaft, dass die Einflüsse auf das jeweilige Wippenelement weitestgehend gehemmt bzw. gehindert auf die jeweiligen Detektionselektroden übertragen werden.The yaw rate sensor according to the invention with a substrate and a double rotor has the advantage over the prior art that the first detection electrodes are connected to the first rocker element and the second detection electrodes are connected to the second rocker element exclusively in a region that corresponds to the central region in the X direction. The first and/or second detection electrodes can be designed as arm structures or arms leading outwards from the central region (i.e. in the X direction). Due to the inventive connection or coupling of the first rocker element to the first detection electrodes and/or of the second rocker element to the second detection electrodes (only in the central region - in the X direction between the rotors), torsional movements or twists acting on the respective rocker elements are not transmitted to the detection electrodes or are transmitted only to a reduced extent. This results in reduced cross-sensitivity with regard to detection. Furthermore, according to the invention, interference signals with double frequency (2f signals) are also suppressed or inhibited. This is due to the fact that the bending movement (2f bending movement) acting on the respective rocker elements due to the drive movement is not transmitted to the respective detection electrodes (at least not from the arms of the respective rocker element, where the bending movements have their greatest effect). Rotations of the rocker elements, which are caused by out-of-plane movements of the seismic masses, also have an effect according to the invention. has no or only a reduced effect on the detection electrodes. As a result, unwanted signals with double the frequency (2f signals) resulting from a reduction in the overlap of the area of the detection electrodes with the fixed electrodes in the useful signal can also be avoided. This advantageously results in effective and efficient decoupling of the torsional movements or twisting, bending movements and rotations between the first and/or second rocker element on the one hand and the first and/or second detection electrodes on the other. In addition, it is advantageously possible that, due to the inventive coupling of the respective rocker element to the detection electrodes and preferably a further anchoring of the detection electrodes to the substrate, the natural frequencies of the respective rocker element and the detection electrodes are largely unaffected by one another and/or these are each in a comparatively high frequency range and thus further from the frequency range of the useful signal or signals. Thus, the yaw rate sensor (due to this arrangement according to the invention) is designed to be robust against external vibrations, and interference signals resulting from the vibrations are advantageously suppressed or reduced. The connection or coupling (between the first rocker element and the first detection electrodes and/or between the second rocker element and the second detection electrodes) can also be located in the suspension area of the first and/or second rocker element. This advantageously results in the influences on the respective rocker element being largely inhibited or prevented from being transmitted to the respective detection electrodes.

Vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.Advantageous embodiments and further developments of the invention can be found in the dependent claims and the description with reference to the drawings.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die ersten Detektionselektroden mit dem ersten Wippenelement über mindestens ein erstes Federelement gekoppelt sind und wobei die zweiten Detektionselektroden mit dem zweiten Wippenelement über mindestens ein zweites Federelement gekoppelt sind. Durch die Kopplung der Wippenelemente und der jeweiligen Detektionselektroden mittels Federelemente (im Zentralbereich des Drehratensensors und bevorzugt im Bereich der Aufhängung der Wippenelemente) lässt sich effizient die Verbindung bzw. Kopplung der Wippenelemente von den Detektionselektroden reduzierten.According to an advantageous embodiment of the invention, the first detection electrodes are coupled to the first rocker element via at least one first spring element, and the second detection electrodes are coupled to the second rocker element via at least one second spring element. By coupling the rocker elements and the respective detection electrodes by means of spring elements (in the central region of the rotation rate sensor and preferably in the region of the rocker element suspension), the connection or coupling of the rocker elements to the detection electrodes can be efficiently reduced.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine erste und/oder zweite Federelement durch jeweils eine Blattfeder gebildet ist. Durch die Ausgestaltung des ersten und/oder zweiten Federelements als Blattfeder, insbesondere als dünne Blattfeder, ist es möglich, Bewegungen der mit dem jeweiligen Wippenelements verbundenen Detektionselektroden in bestimmte Richtungen zu unterbinden bzw. zu hemmen. Hierin kann die Blattfeder so ausgestaltet sein, dass diese weich bezüglich einer Rotation des ersten und/oder zweiten Wippenelements um die Y-Achse und hart bezüglich einer Rotation des ersten und/oder zweiten Wippenelements um die Z-Achse ausgestaltet ist.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the at least one first and/or second spring element is each formed by a leaf spring. By designing the first and/or second spring element as a leaf spring, in particular as a thin leaf spring, it is possible to prevent or inhibit movements of the detection electrodes connected to the respective rocker element in certain directions. Here, the leaf spring can be designed such that it is soft with respect to a rotation of the first and/or second rocker element about the Y-axis and hard with respect to a rotation of the first and/or second rocker element about the Z-axis.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine erste und/oder zweite Federelement bezüglich einer Rotation in Z-Richtung eine größere Federkonstante als bezüglich einer Translation in Z-Richtung aufweist. Aufgrund der größeren Federkonstante bezüglich einer Rotation in Z-Richtung ist es so möglich, dass das erste und/oder zweite Wippenelement in Bezug auf die ersten und/oder zweiten Detektionselektroden bezüglich solch einer Rotation stärker angebunden bzw. gekoppelt sind. Gleichzeitig lassen sich durch eine kleinere Federkonstante bezüglich einer Translation in Z-Richtung (bzw. einer Rotation in Y-Richtung) die ersten und zweiten Detektionselektroden gegenüber den feststehenden Elektroden derart anbinden, dass diese möglichst frei von Störeinflüssen sind.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the at least one first and/or second spring element has a greater spring constant with respect to a rotation in the Z direction than with respect to a translation in the Z direction. Due to the greater spring constant with respect to a rotation in the Z direction, it is thus possible for the first and/or second rocker element to be more strongly connected or coupled with respect to the first and/or second detection electrodes with respect to such a rotation. At the same time, by using a smaller spring constant with respect to a translation in the Z direction (or a rotation in the Y direction), the first and second detection electrodes can be connected relative to the stationary electrodes in such a way that they are as free as possible from interference.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine erste und/oder zweite Federelement und das erste und/oder zweite Wippenelement jeweils eine Ausdehnung in Z-Richtung aufweisen und die Ausdehnung in Z-Richtung des ersten und/oder zweiten Wippenelements mindestens dreimal so groß ist wie die Ausdehnung in Z-Richtung des jeweiligen ersten und/oder zweiten Federelements. Aufgrund dieser Ausdehnung in Z-Richtung können das erste und/oder zweite Federelement vorteilhaft in eine Anordnung des Drehratensensors integriert und somit vorteilhafte Kopplungen bzw. Verbindungen zwischen dem ersten und/oder zweiten Wippenelement und den ersten und/oder zweiten Detektionselektroden gewährleistet werden. Daher ist es vorteilhaft möglich, dass ein effektiver und effizienter Betrieb des Drehratensensors gewährleistet ist.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the at least one first and/or second spring element and the first and/or second rocker element each have an extension in the Z direction, and the extension in the Z direction of the first and/or second rocker element is at least three times as large as the extension in the Z direction of the respective first and/or second spring element. Due to this extension in the Z direction, the first and/or second spring element can advantageously be integrated into an arrangement of the yaw rate sensor, thus ensuring advantageous couplings or connections between the first and/or second rocker element and the first and/or second detection electrodes. This advantageously ensures effective and efficient operation of the yaw rate sensor.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine erste und/oder zweite Federelement eine Ausdehnung in X-Richtung aufweist, die mindestens doppelt so groß ist wie die Ausdehnung in Z-Richtung. Aufgrund dieser Ausdehnung in X-Richtung können das erste und/oder zweite Federelement vorteilhaft in die interne Anordnung innerhalb des Drehratensensors integriert und somit vorteilhafte Kopplungen bzw. Verbindungen zwischen dem ersten und/oder zweiten Wippenelement und den ersten und/oder zweiten Detektionselektroden gewährleistet werden. Daher ist es vorteilhaft möglich, dass ein effektiver und effizienter Betrieb des Drehratensensors gewährleistet ist.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the at least one first and/or second spring element has an extension in the X direction that is at least twice as large as the extension in the Z direction. Due to this extension in the X direction, the first and/or second spring element can be advantageously integrated into the internal arrangement within the rotation rate sensor, thus enabling advantageous couplings or Connections between the first and/or second rocker element and the first and/or second detection electrodes are ensured. Therefore, it is advantageously possible to ensure effective and efficient operation of the yaw rate sensor.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste und/oder zweite Federelement in Form mehrerer Federelemente ausgebildet ist/sind, wobei die mehreren Federelemente eine maximale Beabstandung in X-Richtung derart aufweisen, dass sie innerhalb des Zentralbereichs angeordnet sind. Aufgrund der Ausgestaltung des ersten und/oder zweiten Federelements in Form von mehreren Federelementen lassen sich effektiv und effizient zu erzielenden Eigenschaften des ersten und/oder zweiten Federelements realisieren. Weiter ist die Beabstandung bevorzugt so zu wählen, dass diese mindestens doppelt so breit ist wie die Dicke (d.h. die Ausdehnung in Z-Richtung) eines Federelements. Zudem werden aufgrund der Anordnung ausschließlich im Zentralbereich des Drehratensensors (d.h. in X-Richtung zwischen den Rotoren) die Vorteile der Verbindung bzw. Kopplung des ersten und/oder zweiten Wippenelements mit den ersten und/oder zweiten Detektionselektroden durch diese Ausgestaltung erhalten und ein vorteilhafter Betreib des Drehratensensors gewährleistet.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the first and/or second spring element is/are designed in the form of a plurality of spring elements, wherein the plurality of spring elements have a maximum spacing in the X direction such that they are arranged within the central region. Due to the design of the first and/or second spring element in the form of a plurality of spring elements, properties of the first and/or second spring element that can be achieved effectively and efficiently can be realized. Furthermore, the spacing is preferably selected such that it is at least twice as wide as the thickness (i.e., the extent in the Z direction) of a spring element. Furthermore, due to the arrangement exclusively in the central region of the yaw rate sensor (i.e., in the X direction between the rotors), the advantages of the connection or coupling of the first and/or second rocker element to the first and/or second detection electrodes are maintained by this design, and advantageous operation of the yaw rate sensor is ensured.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die ersten und die zweiten Detektionselektroden jeweils durch mindestens eine weitere Feder am Substrat mittels eines Substratankers fixiert sind, wobei durch die weitere Feder eine Translationsbewegung der ersten und zweiten Detektionselektroden in Y-Richtung möglich ist und eine Translationsbewegung der jeweiligen Detektionselektroden in Z-Richtung gehemmt wird. Aufgrund dessen ist es vorteilhaft möglich eine Hemmung der Translationsbewegung der Detektionselektroden in Z-Richtung (wie sie bei einer Drehung bzw. Rotation insbesondere in Y-Richtung bewirkt wird) und eine simultane Ermöglichung einer Translationsbewegung in Y-Richtung zu gewährleisten. Somit kann in effektiver und effizienter Weise die Translationsbewegung des ersten Wippenelements von den ersten Detektionselektroden und/oder die Translationsbewegung des zweiten Wippenelements von den zweiten Detektionselektroden entkoppelt werden. Ferner ermöglicht die zusätzliche Aufhängung bzw. Verankerung der weiteren Feder am Substrat eine Erhöhung der Eigenfrequenz der Detektionselektroden und damit einhergehend eine verbesserte Robustheit bzw. eine Reduktion der Empfindlichkeit des Drehratensensors gegenüber externen Störeinflüssen, insbesondere Vibrationen.According to an advantageous embodiment of the invention, the first and second detection electrodes are each fixed to the substrate by at least one further spring by means of a substrate anchor, wherein the further spring enables a translational movement of the first and second detection electrodes in the Y direction and inhibits a translational movement of the respective detection electrodes in the Z direction. Due to this, it is advantageously possible to ensure an inhibition of the translational movement of the detection electrodes in the Z direction (as is caused by a rotation or rotation, in particular in the Y direction) and a simultaneous enabling of a translational movement in the Y direction. Thus, the translational movement of the first rocker element can be decoupled from the first detection electrodes and/or the translational movement of the second rocker element can be decoupled from the second detection electrodes in an effective and efficient manner. Furthermore, the additional suspension or anchoring of the further spring to the substrate enables an increase in the natural frequency of the detection electrodes and thus an improved robustness or a reduction in the sensitivity of the yaw rate sensor to external interference, in particular vibrations.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Querschnitt der weiteren Feder in Z-Richtung mindestens eine doppelt so große Ausdehnung wie in Y-Richtung aufweist. Aufgrund dieser Ausdehnung in Z-Richtung kann die weitere Feder vorteilhaft in die interne Anordnung innerhalb des Drehratensensors integriert und somit eine vorteilhafte Verankerung der ersten und zweiten Detektionselektroden gewährleistet werden. Somit ist es vorteilhaft möglich, dass ein effektiver und effizienter Betrieb des Drehratensensors gewährleistet ist.According to an advantageous embodiment of the invention, the cross section of the additional spring in the Z direction is at least twice as large as in the Y direction. Due to this extension in the Z direction, the additional spring can be advantageously integrated into the internal arrangement within the yaw rate sensor, thus ensuring advantageous anchoring of the first and second detection electrodes. This advantageously ensures effective and efficient operation of the yaw rate sensor.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines Drehratensensors mit einem Substrat und einem Doppelrotor gemäß dem nebengeordneten Verfahrensanspruch.A further subject of the invention is a method for operating a rotation rate sensor with a substrate and a double rotor according to the independent method claim.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Drehratensensors mit einem Substrat und einem Doppelrotor erweist sich gegenüber dem Stand der Technik dadurch als vorteilhaft, dass die ersten Detektionselektroden mit dem ersten Wippenelement und die zweiten Detektionselektroden mit dem zweiten Wippenelement jeweils ausschließlich in einem Bereich miteinander verbunden sind, der in X-Richtung dem Zentralbereich entspricht.The method according to the invention for operating a rotation rate sensor with a substrate and a double rotor proves to be advantageous compared to the prior art in that the first detection electrodes are connected to the first rocker element and the second detection electrodes are connected to the second rocker element exclusively in a region which corresponds to the central region in the X direction.

Für das Verfahren zum Betrieb des Drehratensensors mit einem Substrat und einem Doppelrotor können die Vorteile und Ausgestaltungen Anwendung finden, die im Zusammenhang mit den Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Drehratensensors mit einem Substrat und einem Doppelrotor beschrieben wurden.For the method for operating the yaw rate sensor with a substrate and a double rotor, the advantages and configurations described in connection with the embodiments of the yaw rate sensor according to the invention with a substrate and a double rotor can be applied.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the present invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:Short description of the drawings:

1 a to d show a schematic representation of a yaw rate sensor with a substrate and a double rotor according to the prior art.
2 shows a schematic representation of a rotation rate sensor with a substrate and a double rotor according to the present invention.
3 shows a schematic representation of another rotation rate sensor with a substrate and a double rotor according to the present invention.
4 shows a schematic representation of another rotation rate sensor with a substrate and a double rotor according to the present invention.

Ausführungsformen der Erfindung:Embodiments of the invention:

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.In the various figures, identical parts are always provided with the same reference symbols and are therefore usually named or mentioned only once.

In 1 ist zur Erklärung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung ein Drehratensensor gemäß dem Stand der Technik schematisch dargestellt. Das Grundelement wird durch einen gegenphasig schwingenden Doppelrotor gebildet. In den beiden Rotoren 1, 2 sind jeweils zwei seismische Massen 3, 4, 5, 6 abgeteilt, die über Federn 7 weich in eine Richtung senkrecht zur Schwingungsachse der Rotoren, d.h. radial, gelagert sind (d.h. wobei der erste Rotor 1 mit einer ersten seismischen Masse 3 und einer zweiten seismische Masse 4 derart verbunden ist, dass diese jeweils in radialer Richtung gegenüber dem ersten Rotor 1 und im Wesentlichen parallel zur X-Y-Ebene auslenkbar gelagert sind und wobei der zweite Rotor 2 mit einer dritten seismischen Masse 5 und einer vierten seismische Masse 6 derart verbunden ist, dass diese jeweils in radialer Richtung gegenüber dem zweiten Rotor 2 und im Wesentlichen parallel zur X-Y-Ebene auslenkbar gelagert sind). Die beiden Rotoren 1, 2 sind über ein erstes Kopplungselement 8 miteinander gekoppelt, dass bei der dargestellten Ausführung einen mittig angeordneten O-förmigen Abschnitt aufweist, der bei Belastung in X-Richtung aufgespreizt wird. Je eine der beiden abgeteilten seismischen Massen (3 mit 5 und 4 mit 7) eines Rotors 1, 2 sind miteinander über ein Wippenelement (erstes Wippenelement 9 bzw. zweites Wippenelement 9') gekoppelt. Durch die Wippenelemente 9, 9' wird eine gegenphasige radiale Auslenkung der Massen 4 und 6 bzw. 3 und 5 erzwungen. Die beiden Wippenelemente 9, 9' sind jeweils über eine Verankerung 14 mit dem Substrat verbunden und über ein zweites Kopplungselement 11 miteinander verbunden, wobei die Wippenelement 9, 9' über je einen Zusatzarm 10 mit dem Kopplungselement 11 verbunden sind. In der dargestellten Anordnung ist die Kopplungselement 8 der beiden Rotoren 1, 2 und das Kopplungselement 11 der beiden Wippenelemente 9, 9' in einem Zentralbereich 15 zwischen den beiden Rotoren 1, 2 angeordnet; dort, wo sich die beiden Kopplungselemente 8, 11 kreuzen, ist insbesondere eine mechanische Brücke realisiert, die eine unabhängige Bewegung beider Strukturen erlaubt.In 1 To explain the sensor arrangement according to the invention, a yaw rate sensor according to the prior art is shown schematically. The basic element is formed by a double rotor oscillating in antiphase. Two seismic masses 3, 4, 5, 6 are separated in each of the two rotors 1, 2, which are softly mounted via springs 7 in a direction perpendicular to the oscillation axis of the rotors, i.e. radially (i.e. wherein the first rotor 1 is connected to a first seismic mass 3 and a second seismic mass 4 such that these are each mounted so as to be deflectable in the radial direction relative to the first rotor 1 and substantially parallel to the XY plane, and wherein the second rotor 2 is connected to a third seismic mass 5 and a fourth seismic mass 6 such that these are each mounted so as to be deflectable in the radial direction relative to the second rotor 2 and substantially parallel to the XY plane). The two rotors 1, 2 are coupled to one another via a first coupling element 8, which in the illustrated embodiment has a centrally arranged O-shaped section that is spread open when loaded in the X direction. One of the two separated seismic masses (3 to 5 and 4 to 7) of each rotor 1, 2 is coupled to one another via a rocker element (first rocker element 9 and second rocker element 9'). The rocker elements 9, 9' force an anti-phase radial deflection of the masses 4 and 6 or 3 and 5. The two rocker elements 9, 9' are each connected to the substrate via an anchorage 14 and to one another via a second coupling element 11, with the rocker elements 9, 9' each being connected to the coupling element 11 via an additional arm 10. In the illustrated arrangement, the coupling element 8 of the two rotors 1, 2 and the coupling element 11 of the two rocker elements 9, 9' are arranged in a central region 15 between the two rotors 1, 2; where the two coupling elements 8, 11 intersect, a mechanical bridge is realized, which allows independent movement of both structures.

Die beiden Rotoren 1, 2, deren seismische Massen 3, 4, 5, 6, die Wippenelemente 9, 9' und die Kopplungselemente 8, 11 sind jeweils spiegelsymmetrisch zu den in X- und Y-Richtung verlaufenden Mittelachsen des Doppelrotors gestaltet.The two rotors 1, 2, their seismic masses 3, 4, 5, 6, the rocker elements 9, 9' and the coupling elements 8, 11 are each designed mirror-symmetrically to the central axes of the double rotor running in the X and Y directions.

Ferner ist In der 1 die Antriebsbewegung der Rotoren 1, 2 des Doppelrotors dargestellt. Wie durch die Pfeile 12 in 1a angedeutet, werden die Rotoren 1, 2 beim Betrieb des Drehratensensors durch einen (nicht dargestellten) Antrieb in gegenphasige Drehschwingungen versetzt. Zum in 1a dargestellten Zeitpunkt befinden sich beide Rotoren 1, 2 in ihrer Nulllage (entsprechend auch der Nullposition bzw. Ruheposition des Doppelrotors in 1c, d.h. bei 180° Phasendifferenz der Schwingung) und der (links dargestellte) erste Rotor 1 vollführt eine Linksdrehung, während der (rechts dargestellte) zweite Rotor 2 eine Rechtsdrehung ausführt. In der 1b ist schematisch die zugehörige Maximalauslenkung dargestellt (d.h. bei 90° Phasendifferenz der Schwingung), während in 1d die Maximalauslenkung der gegenläufigen Schwingungsphase (d.h. bei 270° Phasendifferenz der Schwingung) abgebildet ist. Um die Drehschwingung der Rotoren 1, 2 zu ermöglichen, weisen die Rotoren 1, 2 jeweils im Bereich ihres Schwerpunkts eine zentrale Ausnehmung auf, in der sie über Federelemente mit einem Ankerpunkt 13 verbunden sind.Furthermore, in the 1 the drive movement of the rotors 1, 2 of the double rotor. As indicated by the arrows 12 in 1a As indicated, the rotors 1, 2 are set into antiphase torsional vibrations by a drive (not shown) during operation of the yaw rate sensor. 1a At the time shown, both rotors 1, 2 are in their zero position (corresponding to the zero position or rest position of the double rotor in 1c , ie at 180° phase difference of the oscillation) and the first rotor 1 (shown on the left) performs a left rotation, while the second rotor 2 (shown on the right) performs a right rotation. In the 1b the corresponding maximum deflection is shown schematically (ie at 90° phase difference of the oscillation), while in 1d the maximum deflection of the counter-rotating oscillation phase (i.e., at a 270° phase difference of the oscillation) is depicted. To enable the torsional oscillation of the rotors 1, 2, the rotors 1, 2 each have a central recess in the area of their center of gravity, in which they are connected to an anchor point 13 via spring elements.

Eine Drehrate um die Z-Richtung führt zu einer jeweils radialen Auslenkung der seismischen Massen 3, 4, 5, 6 und somit zu einer Verkippung der Wippenelemente 9, 9' (Rotation um die Z-Achse); hierzu sind bei bekannten Ausführungen solcher Drehratensensoren Detektionselektroden (in 1 nicht dargestellt) mit den Wippenelementen 9, 9' verbunden, wobei die Anbindung solcher Detektionselektroden an die Wippenelemente 9, 9' sich im Wesentlichen über die gesamte Länge der Wippenelemente 9, 9' erstreckt.A rotation rate around the Z-direction leads to a radial deflection of the seismic masses 3, 4, 5, 6 and thus to a tilting of the rocker elements 9, 9' (rotation around the Z-axis); for this purpose, detection electrodes (in 1 not shown) are connected to the rocker elements 9, 9', wherein the connection of such detection electrodes to the rocker elements 9, 9' extends substantially over the entire length of the rocker elements 9, 9'.

Eine solche Anordnung bzw. Anbindung der Detektionselektroden an die Wippenelemente 9, 9' führt bei bekannten Ausführungen solcher Drehratensensoren zu einer Reihe von Problemen: Im Fall beispielsweise einer anliegenden Drehrate in Y-Richtung (und bei Ausführung der gegenphasigen Drehschwingungen der beiden Rotoren 1, 2) werden die erste und vierte seismische Masse 3, 6 (aufgrund der wirkenden Corioliskraft) und die zweite und dritte seismische Masse 4, 5 aufgrund ihrer gegenphasigen Bewegung in Z-Richtung antiparallel ausgelenkt.Such an arrangement or connection of the detection electrodes to the rocker elements 9, 9' leads to a number of problems in known designs of such yaw rate sensors: For example, in the case of an applied yaw rate in the Y direction (and when the antiphase torsional oscillations of the two rotors 1, 2 are carried out), the first and fourth seismic masses 3, 6 (due to the acting Coriolis force) and the second and third seismic masses 4, 5 are deflected antiparallel due to their antiphase movement in the Z direction.

Dies führt, aufgrund der Kopplung der seismischem Massen 3, 4, 5, 6 mit den Wippenelementen 9, 9' (aufgrund ihrer Anbindung miteinander), zu einer Out-of-Plane-Bewegung der Enden der Wippenelemente 9, 9' sowie zu einer Verwindung (Torsion) der Wippenelemente 9, 9', was, je nach Elektrodenform der Detektionselektroden, zu einem scheinbaren Z-Detektionssignal führen kann, also zu einer Querempfindlichkeit in der Detektion. Weiter führen solche Out-Of-Plane Bewegungen bzw. Rotationen (ebenfalls resultierend aus den Auslenkungen der seismischen Massen 3, 4, 5, 6) zu einer (beidseitigen) Verringerung der Überlappfläche von Detektionselektroden und feststehenden Elektroden. Aufgrund dessen entstehen unerwünschte Signale mit doppelter Frequenz (2f-Signale) im Nutzsignal.Due to the coupling of the seismic masses 3, 4, 5, 6 with the rocker elements 9, 9' (due to their connection to each other), this leads to an out-of-plane movement of the ends of the rocker elements 9, 9' as well as to a twisting (torsion) of the rocker elements 9, 9', which, depending on the shape of the detection electrodes, can lead to an apparent Z-detection signal, i.e., to cross-sensitivity in the detection. Furthermore, such out-of-plane movements or rotations (also resulting from the deflections of the seismic masses 3, 4, 5, 6) lead to a (bilateral) reduction in the overlap area between the detection electrodes and the fixed electrodes. This results in unwanted signals with double frequency (2f signals) in the useful signal.

2 zeigt einen Drehratensensor mit einem Substrat und einem Doppelrotor gemäß der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung. Hierin sind an das erste Wippenelement 9 angebundene bzw. mit diesem gekoppelte erste Detektionselektroden 20 und an das zweite Wippenelement 9' angebundene bzw. mit diesem gekoppelte zweite Detektionselektroden 20' dargestellt. Erfindungsgemäß sind die ersten Detektionselektroden 20 in der dargestellten Ausführungsform mittels eines ersten Federelements 50 mit dem ersten Wippenelement 9 verbunden bzw. gekoppelt und die zweiten Detektionselektroden 20' sind mittels eines zweiten Federelements 50' mit dem zweiten Wippenelement 9' verbunden bzw. gekoppelt. Die Anbindung der Detektionselektroden 20, 20' an das jeweilige Wippenelement 9, 9', d.h. die Federelemente 50, 50', sind gemäß sämtlicher Ausführungsformen der Erfindung lediglich im Zentralbereich 15 angeordnet bzw. vorgesehen. Sowohl das erste Federelement 50 als auch das zweite Federelement 50' können insbesondere als Blattfeder, insbesondere bevorzugt als dünne Blattfeder, ausgestaltet sein. Somit sind die ersten und zweiten Detektionselektroden 20, 20' zentral in dem Bereich der Aufhängung 14 des ersten und zweiten Wippenelements 9, 9' verbunden, also ausschließlich in einem Bereich, der in X-Richtung dem Zentralbereich 15 entspricht. Die ersten und zweiten Detektionselektroden 20, 20' erstrecken sich von dem Zentralbereich 15 bzw. von der Kopplung bzw. Verbindung mittels des ersten und zweiten Federelements 50, 50' aus im Wesentlichen in Form von Armstrukturen bzw. Armen parallel zur X-Richtung. Weiter wird erfindungsgemäß auf eine Verbindung zu den Armen des ersten und/oder zweiten Wippenelements 9, 9' verzichtet. Aufgrund dieser Anordnung der ersten Detektionselektroden 20 am ersten Wippenelement 9 (bzw. der zweiten Detektionselektroden 20' am zweiten Wippenelement 9') werden Biegebewegungen 30, welche in der in 1 beschriebenen Anordnung auftreten, weitestgehend nicht auf die Detektionselektroden 20, 20' übertragen. Die Biegebewegungen 30 wirken sich somit nur auf das erste und zweite Wippenelement 9, 9' (mit der größten Biegewirkung an den Enden der Arme) und nicht bzw. nur vermindert auf die (nur im Zentralbereich 15) verbundenen ersten und zweiten Detektionselektroden 20, 20' aus. Somit werden auftretende Signale mit doppelter Frequenz (2f-Signale), wie sie bei einer Anbindung der Detektionselektroden 20, 20' an die Wippenelemente 9, 9' über im Wesentlichen deren gesamte Längserstreckung auftreten würden, effektiv und effizient unterbunden bzw. gehemmt. 2 shows a rotation rate sensor with a substrate and a double rotor according to the present invention in a schematic representation. This shows first detection electrodes 20 connected to or coupled to the first rocker element 9 and second detection electrodes 20' connected to or coupled to the second rocker element 9'. According to the invention, in the embodiment shown, the first detection electrodes 20 are connected or coupled to the first rocker element 9 by means of a first spring element 50 and the second detection electrodes 20' are connected or coupled to the second rocker element 9' by means of a second spring element 50'. The connection of the detection electrodes 20, 20' to the respective rocker element 9, 9', i.e. the spring elements 50, 50', are arranged or provided only in the central region 15 according to all embodiments of the invention. Both the first spring element 50 and the second spring element 50' can be designed, in particular, as a leaf spring, particularly preferably as a thin leaf spring. Thus, the first and second detection electrodes 20, 20' are connected centrally in the region of the suspension 14 of the first and second rocker elements 9, 9', i.e., exclusively in a region that corresponds to the central region 15 in the X direction. The first and second detection electrodes 20, 20' extend from the central region 15 or from the coupling or connection by means of the first and second spring elements 50, 50' essentially in the form of arm structures or arms parallel to the X direction. Furthermore, according to the invention, a connection to the arms of the first and/or second rocker elements 9, 9' is dispensed with. Due to this arrangement of the first detection electrodes 20 on the first rocker element 9 (or the second detection electrodes 20' on the second rocker element 9'), bending movements 30, which in the 1 described arrangement are largely not transmitted to the detection electrodes 20, 20'. The bending movements 30 thus only affect the first and second rocker elements 9, 9' (with the greatest bending effect at the ends of the arms) and not, or only to a reduced extent, the first and second detection electrodes 20, 20' connected (only in the central region 15). Thus, signals occurring with double frequency (2f signals), such as would occur if the detection electrodes 20, 20' were connected to the rocker elements 9, 9' over essentially their entire longitudinal extent, are effectively and efficiently suppressed or inhibited.

3 zeigt einen weiteren Drehratensensor mit einem Substrat und einem Doppelrotor gemäß der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung. Hierin beschreibt das Bezugszeichen 50 das erste Federelement, insbesondere ausgestaltet als Blattfeder, insbesondere bevorzugt als dünne Blattfeder. Weiter ist eine weitere Feder 61 sowie ein Substratanker 62, welcher die ersten Detektionselektroden 20 mittels der weiteren Feder 61 am Substrat fixiert, dargestellt (für die zweiten Detektionselektroden 20' ergibt sich eine äquivalente Anordnung, die jedoch nicht mit Bezugszeichen bezeichnet ist). Hinsichtlich der Ausgestaltung der Rotoren 1, 2 und deren gegenphasiger Drehschwingungen sowie der Ausrichtung gegenüber dem Substrat ergeben sich dieselben Strukturierungen und Funktionsweisen wie sie bereits in 1 und 2 dargestellt und erläutert sind. Durch die weitere Feder 61 wird eine Translationsbewegung der ersten und zweiten Detektionselektroden 20, 20' in Y-Richtung ermöglicht und eine Translationsbewegung der jeweiligen Detektionselektroden 20, 20' in Z-Richtung gehemmt. Somit ist es möglich, dass eine Rotationsbewegung um die Z-Achse möglich bleibt, jedoch eine Translationsbewegung in Z-Richtung unterdrückt wird und die Translationsbewegung der Wippenelemente 9, 9' von einer Translationsbewegung der Detektionselektroden 20, 20' weitgehend entkoppelt wird. Mittels der, insbesondere zusätzlichen, Verankerung 62 am Substrat ist es vorteilhat möglich die Eigenfrequenzen der Detektionselektroden 20, 20' (welche erfindungsgemäß von den Eigenfrequenzen der Wippenelemente 9, 9' entkoppelt sind) in einen vergleichsweisen hohen Frequenzbereich zu verschieben. Somit wird eine besonders robuste Anordnung der Detektionselektroden 20, 20' gegenüber äußeren Störeinflüssen, insbesondere Vibrationen, bereitgestellt und somit eine Reduktion der Empfindlichkeit des Drehratensensors gegenüber Störsignalen gewährleistet. Weiter weist die weitere Feder 61 einen Querschnitt auf, welcher in Z-Richtung mit mindestens einer doppelt so großen Ausdehnung wie in Y-Richtung ausgestaltet ist. 3 shows a further rotation rate sensor with a substrate and a double rotor according to the present invention in a schematic representation. Here, the reference numeral 50 describes the first spring element, in particular designed as a leaf spring, particularly preferably as a thin leaf spring. Furthermore, a further spring 61 and a substrate anchor 62, which fixes the first detection electrodes 20 to the substrate by means of the further spring 61, are shown (for the second detection electrodes 20', an equivalent arrangement results, which, however, is not designated by reference numerals). With regard to the design of the rotors 1, 2 and their antiphase torsional vibrations as well as the alignment with respect to the substrate, the same structures and functions result as already described in 1 and 2 are shown and explained. The additional spring 61 enables a translational movement of the first and second detection electrodes 20, 20' in the Y direction and inhibits a translational movement of the respective detection electrodes 20, 20' in the Z direction. Thus, it is possible for a rotational movement about the Z axis to remain possible, but a translational movement in the Z direction to be suppressed and the translational movement of the rocker elements 9, 9' to be largely decoupled from a translational movement of the detection electrodes 20, 20'. By means of the, in particular additional, anchoring 62 on the substrate, it is advantageously possible to shift the natural frequencies of the detection electrodes 20, 20' (which are decoupled from the natural frequencies of the rocker elements 9, 9' according to the invention) into a comparatively high frequency range. This provides a particularly robust arrangement of the detection electrodes 20, 20' against external interference, particularly vibrations, and thus ensures a reduction in the sensitivity of the yaw rate sensor to interference signals. Furthermore, the additional spring 61 has a cross-section that is at least twice as large in the Z direction as in the Y direction.

4 zeigt einen weiteren Drehratensensor mit einem Substrat und einem Doppelrotor gemäß der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung. Hierin sind das erste und zweite Federelement 50, 50' in Form von mehreren Federelementen ausgebildet. Die mehreren Federelemente weisen jedoch eine maximale Beabstandung 70 in X-Richtung auf, d.h. sie sind ausschließlich innerhalb des Zentralbereichs 15 angeordnet. Die mehreren Federelemente, welche die maximale Beabstandung 70 aufweisen, bilden in dieser Ausführungsform die Verbindung bzw. Kopplung zwischen den ersten und zweiten Wippenelement 9, 9' und den ersten und zweiten Detektionselektroden 20, 20' und weisen eine Dicke (d.h. Ausdehnung in Z-Richtung) auf, welche mindestens die doppelte Breite eines Federelements darstellt. 4 shows a schematic representation of another rotation rate sensor with a substrate and a double rotor according to the present invention. Here, the first and second spring elements 50, 50' are designed in the form of a plurality of spring elements. However, the plurality of spring elements have a maximum spacing 70 in the X direction, i.e., they are arranged exclusively within the central region 15. In this embodiment, the plurality of spring elements having the maximum spacing 70 form the connection or coupling between the first and second rocker elements 9, 9' and the first and second detection electrodes 20, 20' and have a thickness (i.e., extent in the Z direction) that is at least twice the width of a spring element.

Des Weiteren sind sowohl die weitere Feder 61 als auch der Substratanker 62 dargestellt. In einer alternativen (nicht dargestellten) Ausführungsform ist es auch denkbar, dass die ersten und zweiten Detektionselektroden nicht mittels der weiteren Feder 61 und dem Substratanker 62 im Substrat verankert sind.Furthermore, both the further spring 61 and the substrate anchor 62 are shown. In an alternative (not shown) embodiment, it is also conceivable that the first and second detection electrodes are not anchored in the substrate by means of the further spring 61 and the substrate anchor 62.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10 2021 200 483 A1 [0003]

Claims

A yaw rate sensor comprising a substrate and a double rotor, wherein the substrate has a main extension plane with an X-direction and a Y-direction running perpendicular thereto, wherein the double rotor has a first rotor (1) and a second rotor (2), which - spaced apart along the X-direction and separated from one another by a central region (15) - are elastically connected to the substrate via a respective suspension (13) and which are elastically connected to one another via a first coupling element (8) in such a way that the two rotors (1, 2) can be excited to antiphase torsional oscillations, wherein the rotation axes of the rotors (1, 2) run in a Z-direction perpendicular to the main extension plane of the substrate, wherein the yaw rate sensor has first detection electrodes (20) and second detection electrodes (20'), wherein the first rotor (1) is connected to a first seismic mass (3) and a second seismic mass (4) in such a way that these are each arranged in the radial direction relative to the first rotor (1) and are mounted so as to be deflectable essentially parallel to the main extension plane, wherein the second rotor (2) is connected to a third seismic mass (5) and a fourth seismic mass (6) in such a way that these are each mounted so as to be deflectable in the radial direction relative to the second rotor (2) and essentially parallel to the main extension plane, wherein the first seismic mass (3) is connected to the third seismic mass (5) via a first rocker element (9) in such a way that the third seismic mass (5) is deflected in a direction opposite to the radial deflection of the first seismic mass (3) upon a radial deflection of the first seismic mass (3), wherein the second seismic mass (4) is connected to the fourth seismic mass (6) via a second rocker element (9') in such a way that the fourth seismic mass (6) is deflected in a direction opposite to the radial deflection of the second seismic mass (4) upon a radial deflection the second seismic mass (4) is deflected in the opposite direction, wherein the first and second rocker elements (9, 9') are elastically connected to one another via a second coupling element (11) in such a way that the radial deflections of the first and second seismic masses (3, 4) are antiparallel and the radial deflections of the third and fourth seismic masses (5, 6) are also antiparallel, characterized in that the first detection electrodes (20) are connected to the first rocker element (9) and the second detection electrodes (20') are connected to the second rocker element (9') in each case exclusively in a region which corresponds to the central region (15) in the X direction.

Angular rate sensor according to Claim 1 , wherein the first detection electrodes (20) are coupled to the first rocker element (9) via at least one first spring element (50) and wherein the second detection electrodes (20') are coupled to the second rocker element (9') via at least one second spring element (50').

Rotation rate sensor according to one of the preceding claims, wherein the at least one first and/or second spring element (50, 50') is each formed by a leaf spring.

Rotation rate sensor according to one of the preceding claims, wherein the at least one first and/or second spring element (50, 50') has a greater spring constant with respect to a rotation in the Z direction than with respect to a translation in the Z direction.

Rotation rate sensor according to one of the preceding claims, wherein the at least one first and/or second spring element (50, 50') and the first and/or second rocker element (9, 9') each have an extension in the Z direction and the extension in the Z direction of the first and/or second rocker element (9, 9') is at least three times as large as the extension in the Z direction of the respective first and/or second spring element (50, 50').

Rotation rate sensor according to one of the preceding claims, wherein the at least one first and/or second spring element (50, 50') has an extension in the X direction which is at least twice as large as the extension in the Z direction.

Rotation rate sensor according to one of the preceding claims, wherein the first and/or second spring element (50, 50') is/are designed in the form of a plurality of spring elements, wherein the plurality of spring elements have a maximum spacing (70) in the X-direction such that they are arranged within the central region (15).

Rotation rate sensor according to one of the preceding claims, wherein the first and the second detection electrodes (20, 20') are each fixed to the substrate by at least one further spring (61) by means of a substrate anchor (62), wherein a translational movement of the first and second detection electrodes (20, 20') in the Y direction is possible by the further spring (61) and a translational movement of the respective detection electrodes (20, 20') in the Z direction is inhibited.

Rotation rate sensor according to one of the preceding claims, wherein the cross section of the further spring (61) in the Z direction has at least one double pelt has the same extent as in the Y direction.

Method for operating a rotation rate sensor with a substrate and a double rotor, wherein the substrate has a main extension plane with an X-direction and a Y-direction running perpendicular thereto, wherein the double rotor has a first rotor (1) and a second rotor (2), which - spaced apart along the X-direction and separated from one another by a central region (15) - are elastically connected to the substrate via a respective suspension (13) and which are elastically connected to one another via a first coupling element (8), wherein the two rotors (1, 2) are excited to antiphase torsional oscillations, wherein the rotation axes of the rotors (1, 2) run in a Z-direction perpendicular to the main extension plane of the substrate, wherein the rotation rate sensor has first detection electrodes (20) and second detection electrodes (20'), wherein the first rotor (1) is connected to a first seismic mass (3) and a second seismic mass (4), each of which is arranged in the radial direction are mounted so as to be deflectable relative to the first rotor (1) and substantially parallel to the main plane of extension, wherein the second rotor (2) is connected to a third seismic mass (5) and a fourth seismic mass (6) such that these are each mounted so as to be deflectable in the radial direction relative to the second rotor (2) and substantially parallel to the main plane of extension, wherein the first seismic mass (3) is connected to the third seismic mass (5) via a first rocker element (9), wherein the third seismic mass (5) is deflected in a direction opposite to the radial deflection of the first seismic mass (3) upon a radial deflection of the first seismic mass (3), wherein the second seismic mass (4) is connected to the fourth seismic mass (6) via a second rocker element (9'), wherein the fourth seismic mass (6) is deflected in a direction opposite to the radial deflection of the second seismic mass (4) upon a radial deflection of the second seismic mass (4) is deflected in the opposite direction, wherein the first and second rocker elements (9, 9') are elastically connected to one another via a second coupling element (11) in such a way that the radial deflections of the first and second seismic masses (3, 4) occur antiparallel and the radial deflections of the third and fourth seismic masses (5, 6) also occur antiparallel, characterized in that the first detection electrodes (20) are connected to the first rocker element (9) and the second detection electrodes (20') are connected to the second rocker element (9') in each case exclusively in a region which corresponds to the central region (15) in the X direction.