ITTO20110806A1 - Dispositivo microelettromeccanico integrante un giroscopio e un accelerometro - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
“DISPOSITIVO MICROELETTROMECCANICO INTEGRANTE UN GIROSCOPIO E UN ACCELEROMETROâ€
La presente invenzione à ̈ relativa a un dispositivo microelettromeccanico integrante un giroscopio e un accelerometro.
Come noto, l’impiego di sistemi microelettromeccanici o MEMS (dall’inglese “Micro-Electro-Mechanical Systems†) si à ̈ andato sempre più diffondendo in vari settori della tecnologia e ha dato risultati incoraggianti specialmente nella realizzazione di sensori inerziali, giroscopi microintegrati, e oscillatori elettromeccanici per svariate applicazioni.
I sistemi MEMS di questo tipo sono di solito basati su strutture microelettromeccaniche comprendenti almeno una massa collegata a un corpo di supporto (statore) mediante molle e mobile rispetto allo statore secondo prefissati gradi di libertà . La massa mobile e lo statore sono accoppiati capacitivamente mediante una pluralità di rispettivi elettrodi interdigitati e reciprocamente affacciati, in modo da formare dei condensatori. Il movimento della massa mobile rispetto allo statore, ad esempio a causa di una sollecitazione esterna, modifica la capacità dei condensatori; da qui si può risalire allo spostamento relativo della massa mobile rispetto al corpo fisso e quindi alla forza applicata. Viceversa, fornendo opportune tensioni di polarizzazione, à ̈ possibile applicare una forza elettrostatica alla massa mobile per metterla in movimento. Inoltre, per realizzare oscillatori elettromeccanici si sfrutta la risposta in frequenza delle strutture MEMS inerziali, che tipicamente à ̈ di tipo passabasso del secondo ordine, con una frequenza di risonanza.
In particolare, gli accelerometri MEMS sfruttano il fatto che gli spostamenti della massa mobile lungo l’asse o gli assi di rilevamento sono correlati all’ampiezza delle componenti di accelerazione lungo gli stessi assi a cui à ̈ soggetto lo statore. Tali spostamenti sono contrastati dall’azione elastica delle molle e possono essere rilevati mediante le variazioni dell’accopiamento capacitivo, come sopra accennato.
I giroscopi MEMS hanno una struttura elettromeccanica più complessa, che, tipicamente, comprende due masse mobili rispetto allo statore e accoppiate fra loro in modo da avere un grado di libertà relativo. Le due masse mobili sono entrambe capacitivamente accoppiate allo statore. Una delle masse à ̈ dedicata al pilotaggio e viene mantenuta in oscillazione alla frequenza di risonanza con ampiezza controllata. L’altra massa viene trascinata nel moto oscillatorio (traslatorio o rotatorio) e, in caso di rotazione della microstruttura rispetto a un asse giroscopico prefissato con una velocità angolare, à ̈ soggetta a una forza di Coriolis proporzionale alla velocità angolare stessa. In pratica, la massa trascinata, che à ̈ accoppiata capacitivamente al corpo fisso mediante elettrodi, come la massa di pilotaggio, opera come un accelerometro che consente di rilevare la forza e l’accelerazione di Coriolis e quindi di risalire alla velocità angolare. In alcuni casi, una medesima massa à ̈ vincolata allo statore in modo da essere mobile rispetto allo statore stesso con due gradi di libertà indipendenti. Un dispositivo di pilotaggio mantiene la massa mobile in oscillazione controllata secondo uno dei gradi di libertà . La massa mobile si può poi muovere secondo l’altro grado di libertà in risposta a una rotazione dello statore attorno a un asse di rilevamento, per effetto della forza di Coriolis.
In numerose applicazioni, rilevare correttamente il movimento traslatorio e rotatorio di un dispositivo o di una parte di un sistema sta assumendo importanza crescente e sono richieste soluzioni sempre più sofisticate. I costruttori sono perciò stati spinti a equipaggiare i dispositivi interssati con sensori di tipo diverso, accelerometri e giroscopi, per rendere disponibili contemporaneamente misure di accelerazione e di velocità angolare.
Attualmente, vengono realizzati dispositivi distinti, eventualmente incapsulati nello stesso involucro (“package†). La soluzione presenta però dei limiti, in termini sia di ingombro, sia di consumi, ossia per aspetti che sono avvertiti come critici nella moderna microelettronica.
Scopo della presente invenzione à ̈ fornire un dispositivo microelettromeccanico che permetta di superare le limitazioni descritte e, in particolare, sia compatto e versatile.
Secondo la presente invenzione viene realizzato un dispositivo microelettromeccanico come definito nella rivendicazione 1.
Per una migliore comprensione dell’invenzione, ne verranno ora descritte alcune forme di realizzazione, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
- la figura 1 Ã ̈ uno schema a blocchi semplificato di un dispositivo microelettromeccanico in accordo a una forma di realizzazione della presente invenzione;
- la figura 2 à ̈ una vista in pianta dall’alto semplificata di un componente del dispositivo di figura 1;
- la figura 3 Ã ̈ un particolare ingrandito e rappresentato schematicamente del componente di figura 2;
- la figura 4 Ã ̈ uno schema elettrico semplificato di un dettaglio del dispositivo di figura 1;
- la figura 5a mostra grandezze elettriche relative al dettaglio di figura 4 e una vista in pianta schematica dello stesso dettaglio in una prima configurazione operativa;
- la figura 5b mostra grandezze elettriche relative al dettaglio di figura 4 e una vista in pianta schematica dello stesso dettaglio in una seconda configurazione operativa;
- la figura 6a à ̈ uno schema elettrico relativo alla connessione del componente di figura 2 a un’interfaccia di rilevamento del dispositivo di figura 1, in una prima modalità di rilevamento;
- la figura 6b à ̈ uno schema elettrico relativo alla connessione del componente di figura 2 a un’interfaccia di rilevamento del dispositivo di figura 1, in una seconda modalità di rilevamento;
- la figura 7 una vista in pianta dall’alto semplificata di un componente di un dispositivo microelettromeccanico in accordo a una seconda forma di realizzazione dell’invenzione;
- la figura 8a à ̈ una vista frontale semplificata di un particolare ingrandito del componente di figura 7 in una prima configurazione operativa;
- la figura 8b à ̈ una vista frontale semplificata di un particolare ingrandito del componente di figura 7 in una seconda configurazione operativa;
- la figura 9 Ã ̈ uno schema a blocchi semplificato di un dispositivo microelettromeccanico in accordo a una forma di realizzazione della presente invenzione;
- la figura 10 à ̈ una vista in pianta dall’alto semplificata di un componente del dispositivo di figura 9; e
- la figura 11 Ã ̈ uno schema a blocchi semplificato di un sistema elettronico incorporante un sensore microelettromeccanico secondo una forma di realizzazione della presente invenzione.
Con riferimento alla figura 1, un dispositivo microelettromeccanico 1 integrante le funzioni di accelerometro e giroscopio comprende una microstruttura 2, un dispositivo di pilotaggio 3, un dispositivo di lettura 5 e un’unità di controllo 6.
Come spiegato più avanti, la microstruttura 2 comprende elementi mobili, che sono mantenuti in moto vibratorio controllato dal dispositivo di pilotaggio 3 e permettono di rilevare accelerazioni e rotazioni della microstruttura 2 in accordo rispettivamente a un primo asse di rilevamento e a un secondo asse di rilevamento.
Qui e nel seguito, le espressioni “secondo un asse†e “in accordo a un asse†verranno utilizzate per indicare movimenti lungo un asse o attorno a un asse, secondo che i movimenti consentiti alle masse dai rispettivi gradi di libertà siano traslatori oppure rotatori, rispettivamente. Analogamente, le espressioni “secondo un grado di libertà †e “in accordo a un grado di libertà †saranno utilizzate per indicare movimenti traslatori o rotatori, come consentito dal grado di libertà medesimo.
La microstruttura 2 fornisce inoltre al dispositivo di lettura 5 segnali di rilevamento che vengono elaborati per ricavare segnali di accelerazione SAe segnali di rotazione SΩ. I segnali di rilevamento, che in una forma di realizzazione sono pacchetti di carica differenziali, sono indicativi rispettivamente delle accelerazioni della microstruttura 2 lungo il primo asse di rilevamento e delle rotazioni della microstruttura 2 attorno al secondo asse di rilevamento.
Il dispositivo di lettura 5 à ̈ configurato per ricavare i segnali di accelerazione SAe i segnali di rotazione S(dai segnali di rilevamento forniti dalla microstruttura 2 utilizzando rispettivamente una prima modalità di elaborazione e una seconda modalità di elaborazione ed à ̈ controllato a questo scopo dall’unità di controllo 6.
Il dispositivo di lettura comprende uno stadio di instradamento (“routing†) 7, un’interfaccia di rilevamento 8, che nella forma di realizzazione descritta à ̈ un amplificatore di carica a condensatori commutati completamente differenziale, un selettore 9, una catena di elaborazione di accelerazione 10 e una catena di elaborazione di rotazione 11.
Lo stadio di instradamento 7 accoppia la microstruttura 2 a terminali di ingresso dell’interfaccia di rilevamento 8 e stabilisce rispettive distinte modalità di connessione nella prima modalità di elaborazione e nella seconda modalità di elaborazione. La modalità di connessione può essere selezionata dall’unità di controllo 6, ad esempio attraverso un segnale di selezione SEL.
L’interfaccia di rilevamento 8 combina i segnali di rilevamento ricevuti dalla microstruttura 2 in segnali di trasduzione, che, attraverso il selettore 9, vengono forniti alla catena di elaborazione di accelerazione 10, nella prima modalità di elaborazione, e alla catena di elaborazione di rotazione 11, nella seconda modalità di elaborazione. Anche il selettore 9 può essere controllato attraverso il segnale di selezione SEL.
La catena di elaborazione di accelerazione 10 e la catena di elaborazione di rotazione 11 sono configurate per estrarre rispettivamente i segnali di accelerazione SAe i segnali di rotazione S(dai segnali ricevuti dall’interfaccia di rilevamento 8 in modo di per sé noto.
L’unità di controllo 6 selezione a rotazione la prima modalità di elaborazione e la seconda modalità di elaborazione, in modo che siano costantemente disponibili valori aggiornati dei segnali di accelerazione SAe dei segnali di rotazione SΩ. In alternativa, l’unità di controllo 6 può ricevere un comando esterno che determina la modalità di elaborazione secondo necessità .
In una forma di realizzazione, la microstruttura 2 Ã ̈ realizzata come mostrato in figura 2 e comprende una struttura di supporto 12, una prima massa di rilevamento 13a e una seconda massa di rilevamento 13b.
La prima massa di rilevamento 13a e la seconda massa di rilevamento 13b sono fra loro uguali e sono mobili rispetto alla struttura di supporto 12. Più precisamente, le masse di rilevamento 13a, 13b sono vincolate alla struttura di supporto 12 mediante rispettivi sistemi di elementi elastici di sospensione 14a, che permettono movimenti lungo un primo asse X e un secondo asse Y fra loro perpendicolari ed entrambi paralleli alla superficie della struttura di supporto 12. I movimenti delle masse di rilevamento 13a, 13b lungo un terzo asse Z perpendicolare agli assi X, Y e alla superficie della struttura di supporto 12 sono invece impediti.
Opzionalmente, le masse di rilevamento 13a, 13b possono essere mutuamente accoppiate mediante un ulteriore elemento elastico 14b, per migliorare il pilotaggio.
Nella microstruttura 2 à ̈ inoltre integrata una porzione del dispositivo di pilotaggio 3. In particolare, gruppi di pilotaggio 15 sono accoppiati in modo simmetrico alle masse di rilevamento 13a, 13b. I gruppi di pilotaggio 15 comprendono elettrodi fissi di pilotaggio 16 ed elettrodi mobili di pilotaggio 17 capacitivamente accoppiati fra loro, ad esempio in configurazione interdigitata o “comb-finger†. Gli elettrodi fissi di pilotaggio 16 sono realizzati sulla struttura di supporto 12, mentre gli elettrodi mobili di pilotaggio 17 sono portati dalle rispettive masse di rilevamento 13a, 13b. I gruppi di pilotaggio 15 sono inoltre configurati in modo da causare spostamenti delle masse di rilevamento 13a, 13b lungo un asse di pilotaggio, ad esempio l’asse X, quando viene applicata una forza elettrostatica fra gli elettrodi fissi di pilotaggio 16 e gli elettrodi mobili di pilotaggio 17.
La microstruttura 2 comprende inoltre almeno un gruppo di rilevamento 18 per ciascuna delle masse di rilevamento 13a, 13b. Le masse di rilevamento 13a, 13b sono capacitivamente accoppiate alla struttura di supporto 12 mediante i gruppi di rilevamento 18. Più precisamente, ciascun gruppo di rilevamento 18 comprende primi e secondi elettrodi fissi di rilevamento 19a, 19b, ancorati alla struttura di supporto 12, ed elettrodi mobili di rilevamento 20, ancorati alla rispettiva massa di rilevamento 13a, 13b e interposti fra rispettivi primi elettrodi fissi di rilevamento 19a e secondi elettrodi fissi di rilevamento 19b. L’accoppiamento capacitivo à ̈ di tipo differenziale ed à ̈ ottenuto mediante elettrodi a piatti paralleli perpendicolari alla direzione di rilevamento (asse Y), configurati per rilevare spostamenti delle masse di rilevamento 13a, 13b lungo un asse di rilevamento perpendicolare all’asse di pilotaggio (in questo caso, l’asse di rilevamento à ̈ parallelo all’asse Y). Inoltre, i primi e secondi elettrodi fissi di rilevamento 19a, 19b dei gruppi di rilevamento 18 della prima massa di rilevamento 13a sono elettricamente collegati rispettivamente a un primo e a un secondo terminale di rilevamento 21a, 22a della microstruttura 2; analogamente, i primi e secondi elettrodi fissi di rilevamento 19a, 19b dei gruppi di rilevamento 18 della seconda massa di rilevamento 13b sono elettricamente collegati rispettivamente a un primo e a un secondo terminale di rilevamento 21b, 22b della microstruttura 2. Come mostrato in modo semplificato in figura 4, in pratica, la prima massa di rilevamento 13a à ̈ accoppiata ai terminali di rilevamento 21a, 22a attraverso capacità Ca1, Ca2 differenziali e la seconda massa di rilevamento 13b à ̈ accoppiata ai terminali di rilevamento 21b, 22b attraverso capacità Cb1, Cb2, anch’esse differenziali. Inoltre, nel seguito saranno definite corrispondenti le capacità che mostrano variazioni concordi quando le masse di rilevamento 13a, 13b si muovono nello stesso verso lungo l’asse di rilevamento delle accelerazioni, che in questo caso à ̈ l’asse Y. Nella forma di realizzazione descritta le capacità Ca1, Cb1 e le capacità Ca2, Cb2 sono corrispondenti.
Con riferimento nuovamente alle figure 1 e 2, il dispositivo di pilotaggio 3 à ̈ configurato per porre la prima massa di rilevamento 13a e la seconda massa di rilevamento 13b in oscillazione a una frequenza di pilotaggio, con ampiezza controllata e in opposizione di fase. Ad ogni istante, quindi, la prima massa di rilevamento 13a e la seconda massa di rilevamento 13b si muovono lungo l’asse di pilotaggio (asse X) con velocità uguale in valore assoluto, ma in versi opposti (le velocità delle masse di rilevamento 13a, 13b a un dato istante sono schematicamente rappresentate mediante frecce in figura 2). Per effetto del pilotaggio in opposizione di fase, quando la microstruttura 2 ruota attorno all’asse Z la prima massa di rilevamento 13a e la seconda massa di rilevamento 13b sono sottoposte a forze di Coriolis parallele all’asse di rilevamento (asse Y), uguali in valore assoluto e opposte in segno, come mostrato schematicamente in figura 5a (nelle figure 5a e 5b le posizioni di riposo delle masse di rilevamento 13a, 13b rispetto all’asse di rilevamento sono illustrate con linea a tratteggio). L’accoppiamento capacitivo della prima massa di rilevamento 13a e della seconda massa di rilevamento 13b con la struttura di supporto 12 varia quindi in modo differenziale. In altre parole, quando la capacità Ca1 fra la prima massa di rilevamento 13a e il primo terminale di rilevamento 21a del rispettivo gruppo di rilevamento 18 presenta una variazione ΔC, la corrispondente capacità Cb1 fra la seconda massa di rilevamento 13b e il primo terminale di rilevamento 21b del rispettivo gruppo di rilevamento 18 presenta una variazione - ΔC opposta (in approssimazione lineare). Analogo ragionamento vale per le corrispondenti capacità Ca2 e Cb2.
La figura 5b mostra una situazione in cui la microstruttura 2 à ̈ soggetta a un’accelerazione lungo l’asse di rilevamento (asse Y). In questo caso, la prima massa di rilevamento 13a e la seconda massa di rilevamento 13b mostrano spostamenti concordi e quindi le capacità corrispondenti (Ca1 e Cb1 rispetto ai primi terminali di rilevamento 21a, 21b e Ca2 e Cb2 rispetto ai terminali di rilevamento 22a, 22b) presentano pure variazioni concordi (+ ΔC per le capacità Ca1, Cb1 e – ΔC per le capacità Ca2, Cb2).
Qui e nel seguito, gli spostamenti delle masse di rilevamento 13a, 13b lungo l’asse di rilevamento delle accelerazioni (asse Y) con lo stesso verso (come in figura 5b) saranno definiti concordi, mentre gli spostamenti delle masse di rilevamento 13a, 13b lungo l’asse di rilevamento delle accelerazioni con versi opposti (come in figura 5a) saranno definiti discordi.
I segnali di rilevamento possono essere prelevati e combinati in modo da sommare i contributi di segnale dovuti alle capacità Ca1, Cb1 (Ca1 Cb1) e Ca2, Cb2 (Ca2 Cb2) corrispondenti (e quindi a spostamenti concordi delle masse di rilevamento 13a, 13b), in una prima modalità di lettura, o modalità di lettura di accelerazione. In una seconda modalità di lettura, o modalità di lettura di rotazione, i segnali di rilevamento possono essere combinati in modo da sottrarre i contributi di segnale dovuti alle capacità Ca1, Cb1 (Ca1 - Cb1) e Ca2, Cb2 (Ca2 - Cb2) corrispondenti (e quindi a spostamenti discordi delle masse di rilevamento 13a, 13b). In questo modo, à ̈ possibile amplificare le componenti di segnale dovute in un caso all’accelerazione lungo l’asse Y e in un caso alla rotazione attorno all’asse Z, attenuando invece le componenti di segnale dovute alla grandezza che non viene misurata. Per migliorare la lettura, inoltre, le componenti di segnale dovute a capacità differenziali (Ca1, Ca2 per la prima massa di rilevamento 13a e Cb1, Cb2 per la seconda massa di rilevamento 13b) vengono sottratte.
Nella modalità di lettura di accelerazione, come detto, i contributi di segnali dovuti alle capacità corrispondenti Ca1, Cb1 e Ca2, Cb2 vengono sommati in modo da amplificare i contributi dovuti a spostamenti concordi e attenuare i contributi dovuti a spostamenti discordi. L’effetto dell’accelerazione lungo l’asse Y viene così amplificato, mentre l’effetto della rotazione attorno all’asse Z viene attenuato.
Per semplicità , nelle figure 5a, 5b i contributi di segnale dovuti alle capacità Ca1, Ca2, Cb1, Cb2 sono indicati rispettivamente con S(Ca1), S(Ca2), S(Cb1), S(Cb2). In accordo a quanto sopra esposto, nella modalità di lettura di accelerazione, i contributi di segnale S(Ca1), S(Ca2), S(Cb1), S(Cb2) sono combinati in un primo segnale di rilevamento S’ come segue:
S’ = (S(Ca1) S(Cb1)) – (S(Ca2) S(Cb2)) (1) Le variazioni ΔC delle capacità corrispondenti Ca1, Cb1 e Ca2, Cb2 sono concordi in caso di accelerazione della microstruttura 2 lungo l’asse Y e quindi si sommano, mentre sono discordi e si compensano, in caso di rotazione attorno all’asse Z. In pratica, nella modalità di lettura di accelerazione il dispositivo 1 viene utilizzato come accelerometro lineare per rilevare accelerazioni lungo l’asse Y, mentre le componenti dovute a rotazione attorno all’asse Z vengono soppresse.
Nella modalità di lettura di rotazione, i contributi di segnali dovuti alle capacità corrispondenti Ca1, Cb1 e Ca2, Cb2 vengono sottratti in modo da amplificare i contributi dovuti a spostamenti discordi delle masse di rilevamento 13a, 13b e attenuare i contributi dovuti a spostamenti concordi. L’effetto della rotazione attorno all’asse Z viene così amplificato, mentre l’effetto della rotazione attorno all’asse Z viene attenuato. Nella modalità di lettura di rotazione, in particolare, i contributi di segnale S(Ca1), S(Ca2), S(Cb1), S(Cb2) sono combinati in un secondo segnale di rilevamento S†come segue:
S†= (S(Ca1) - S(Cb1)) - (S(Ca2) - S(Cb2)) (2) Al contrario che nella modalità di lettura di accelerazione, le variazioni ΔC delle capacità corrispondenti Ca1, Cb1 e Ca2, Cb2 si compensano in caso di accelerazione della microstruttura 2 lungo l’asse Y, mentre sono discordi e si sommano per effetto della combinazione dei contributi di segnale S(Ca1), S(Ca2), S(Cb1), S(Cb2), in caso di rotazione attorno all’asse Z. Nella modalità di lettura di rotazione il dispositivo 1 viene quindi utilizzato come giroscopio (del tipo a imbardata o “yaw†) per rilevare rotazione attorno all’asse Z, mentre le componenti dovute a accelerazioni lungo l’asse Y vengono soppresse.
Nella forma di realizzazione descritta, la combinazione dei contributi di segnale S(Ca1), S(Ca2), S(Cb1), S(Cb2) nelle due modalità di lettura viene effettuata dallo stadio di instradamento 7 e dall’interfaccia di rilevamento 8 come di seguito descritto con riferimento alle figure 6a e 6b.
Lo stadio di instradamento 7 può comprendere ad esempio interruttori (non mostrati) per modificare le connessioni fra i terminali della microstruttura 2 e l’interfaccia di rilevamento 8 e, come già accennato, à ̈ controllato dall’unità di controllo 6.
In particolare, quando l’unità di controllo 6 seleziona la prima modalità di elaborazione, lo stadio di instradamento 7 collega la microstruttura 2 all’interfaccia di lettura 8 in modalità di lettura di accelerazione. In questo caso (figura 6a), il primo terminale di rilevamento 21a (prima massa di rilevamento 13a) e il primo terminale di rilevamento 21b (seconda massa di rilevamento 13b) della microstruttura 2 sono collegati a un primo ingresso 8a dell’interfaccia di rilevamento 8, mentre il secondo terminale di rilevamento 22a (prima massa di rilevamento 13a) e il secondo terminale di rilevamento 22b (seconda massa di rilevamento 13b) della microstruttura 2 sono collegati a un secondo ingresso 8b dell’interfaccia di rilevamento 8. I contributi di segnale di capacità connesse in parallelo a uno stesso ingresso dell’interfaccia di rilevamento 8 si sommano fra loro (S(Ca1)+S(Cb1) e S(Ca2)+S(Cb2)), mentre l’interfaccia di rilevamento opera la differenza fra contributi di segnale afferenti a ingressi distinti.
Lo stadio di instradamento 7 collega la microstruttura 2 all’interfaccia di lettura 8 in modalità di lettura di rotazione quando la seconda modalità di elaborazione viene selezionata dall’unità di controllo 6. In questo caso (figura 6b), il primo terminale di rilevamento 21a (prima massa di rilevamento 13a) e il secondo terminale di rilevamento 22b (seconda massa di rilevamento 13b) della microstruttura 2 sono collegati al primo ingresso 8a dell’interfaccia di rilevamento 8, mentre il secondo terminale di rilevamento 22a (prima massa di rilevamento 13a) e il primo terminale di rilevamento 21b (seconda massa di rilevamento 13b) della microstruttura 2 sono collegati al secondo ingresso 8b dell’interfaccia di rilevamento 8. In pratica, rispetto alla modalità di lettura di accelerazione, lo stadio di instradamento 7 inverte la connessione dei terminali di rilevamento di una delle masse di rilevamento 13a, 13b (in questo caso della seconda massa di rilevamento 13b) agli ingressi dell’interfaccia di rilevamento 8.
La microstruttura con una coppia di masse mobili poste in oscillazione in opposizione di fase lungo l’asse di pilotaggio (asse X) e la lettura degli spostamenti delle masse mobili lungo l’asse di rilevamento (asse Y) combinati in due diverse modalità permettono di integrare nello stesso dispositivo le funzioni di accelerometro e giroscopio. L’invenzione permette quindi di ottenere un notevole risparmio in termini di area occupata e di consumi e quindi va incontro alla pressante richiesta di integrare un numero crescente di sensori a elevate prestazioni in una gamma sempre più vasta di applicazioni e dispositivi elettronici, in particolare portatili.
Le figura 7, 8a, 8b illustrano una diversa forma di realizzazione dell’invenzione, secondo la quale un dispositivo 100 integrante le funzioni di accelerometro e giroscopio comprende una microstruttura 102 e, inoltre, il dispositivo di pilotaggio 3, il dispositivo di lettura 5 e l’unità di controllo 6 sostanzialmente come già descritti in precedenza con riferimento in particolare alle figure 1, 6a, 6b.
La microstruttura 102 comprende una struttura di supporto 112, una prima massa di rilevamento 113a e una seconda massa di rilevamento 113b. La prima massa di rilevamento 113a e la seconda massa di rilevamento 113b sono fra loro uguali e sono mobili rispetto alla struttura di supporto 112. Le masse di rilevamento 13a, 13b sono vincolate alla struttura di supporto 112 mediante rispettivi sistemi di elementi elastici di sospensione 114a, che permettono movimenti traslatori lungo un primo asse X e rotatori attorno a rispettivi assi di rotazione Ra, Rb paralleli a un secondo asse Y. Gli assi X, Y sono perpendicolari fra loro ed entrambi paralleli alla superficie della struttura di supporto 12. Gli assi di rotazione Ra, Rb sono posti a uguale distanza dai baricentri Ga, Gb delle rispettive masse di rilevamento 113a, 113b. Gli elementi elastici di sospensione 114a sono configurati in modo che i baricentri Ga, Gb si trovino nella regione del piano XY compresa fra gli assi di rotazione Ra, Rb. Gli elementi elastici di sospensione 114a sono inoltre precaricati in modo da mantenere le masse mobili 113a, 113b sostanzialmente parallele alla struttura di supporto 112 quando il piano XY Ã ̈ orizzontale.
Opzionalmente, le masse di rilevamento 13a, 13b possono essere mutuamente accoppiate mediante un ulteriore elemento elastico 114b, per migliorare il pilotaggio.
Nella microstruttura 102 à ̈ inoltre integrata una porzione del dispositivo di pilotaggio 3. In particolare, gruppi di pilotaggio 115 sono accoppiati in modo simmetrico alle masse di rilevamento 113a, 113b. I gruppi di pilotaggio 115 comprendono elettrodi fissi di pilotaggio 116 ed elettrodi mobili di pilotaggio 117 capacitivamente accoppiati fra loro, ad esempio in configurazione interdigitata o “comb-finger†. Gli elettrodi fissi di pilotaggio 116 sono realizzati sulla struttura di supporto 112, mentre gli elettrodi mobili di pilotaggio 117 sono portati dalle rispettive masse di rilevamento 113a, 113b. I gruppi di pilotaggio 115 sono inoltre configurati in modo da causare spostamenti delle masse di rilevamento 113a, 113b lungo un asse di pilotaggio, ad esempio l’asse X, quando viene applicata una forza elettrostatica fra gli elettrodi fissi di pilotaggio 116 e gli elettrodi mobili di pilotaggio 117.
La microstruttura 2 comprende inoltre almeno un gruppo di rilevamento 118 per ciascuna delle masse di rilevamento 113a, 113b. Le masse di rilevamento 113a, 113b sono capacitivamente accoppiate alla struttura di supporto 112 mediante i gruppi di rilevamento 118. Più precisamente, ciascun gruppo di rilevamento 118 comprende un primo e un secondo elettrodo fisso di rilevamento 119a, 119b e un primo e un secondo elettrodo mobile di rilevamento 120a, 120b. Il primo e il secondo mobile di rilevamento 120a, 120b sono posti su una faccia della rispettiva massa di rilevamento 113a, 113b verso la struttura di supporto 112. Inoltre, su ciascuna delle masse di rilevamento 113a, 113b il primo e il secondo mobile di rilevamento 120a, 120b si trovano opposti rispetto ai rispettivi assi di rotazione Ra, Rb. Anche in questo caso, l’accoppiamento capacitivo fra gli elettrodi mobili e fissi à ̈ di tipo differenziale e i gruppi di rilevamento 118 sono configurati per rilevare rotazioni delle masse di rilevamento 113a, 113b attorno ai rispettivi assi di rotazione Ra, Rb.
Inoltre, il primo e il secondo elettrodo fisso di rilevamento 119a, 119b del gruppo di rilevamento 118 della prima massa di rilevamento 113a sono elettricamente collegati rispettivamente a un primo e a un secondo terminale di rilevamento 121a, 122a della microstruttura 102; analogamente, il primo e il secondo elettrodo fisso di rilevamento 119a, 119b del gruppo di rilevamento 118 della seconda massa di rilevamento 113b sono elettricamente collegati rispettivamente a un primo e a un secondo terminale di rilevamento 121b, 122b della microstruttura 102. Come mostrato in modo semplificato nelle figure 8a, 8b, in pratica, la prima massa di rilevamento 113a à ̈ accoppiata ai terminali di rilevamento 121a, 122a attraverso capacità Ca1, Ca2 differenziali e la seconda massa di rilevamento 113b à ̈ accoppiata ai terminali di rilevamento 121b, 122b attraverso capacità Cb1, Cb2, anch’esse differenziali. Anche in questo caso, le capacità Ca1, Cb1 e le capacità Ca2, Cb2 sono corrispondenti perché mostrano variazioni concordi quando le masse di rilevamento 113a, 113b si muovono nello stesso verso lungo l’asse di rilevamento delle accelerazioni, qui l’asse Z.
Con riferimento nuovamente alla figura 7, il dispositivo di pilotaggio 3 à ̈ configurato per porre la prima massa di rilevamento 113a e la seconda massa di rilevamento 113b in oscillazione a una frequenza di pilotaggio, con ampiezza controllata e in opposizione di fase, come già descritto in precedenza. Ad ogni istante, quindi, la prima massa di rilevamento 113a e la seconda massa di rilevamento 113b si muovono lungo l’asse di pilotaggio (asse X) con velocità uguale in valore assoluto, ma in versi opposti.
Per effetto del pilotaggio in opposizione di fase, quando la microstruttura 102 ruota attorno all’asse Y la prima massa di rilevamento 113a e la seconda massa di rilevamento 13b sono sottoposte a forze di Coriolis parallele all’asse Z, uguali in valore assoluto e opposte in segno, come mostrato schematicamente in figura 8a (nelle figure 8a e 8b le posizioni di riposo delle masse di rilevamento 113a, 113b sono illustrate con linea a tratteggio). Le masse di rilevamento 113a, 113b ruotano quindi entrambe o in senso orario o in senso antiorario attorno ai rispettivi assi di rotazione Ra, Rb.
In caso di accelerazione lungo l’asse Z, invece, le masse di rilevamento 113a, 113b ruotano una in senso orario e l’altra in senso antiorario attorno ai rispettivi assi di rotazione Ra, Rb, come mostrato in figura 8b.
Per quanto riguarda la forma di realizzazione delle figure 7, 8a, 8b, la definizione “spostamenti concordi†sarà applicata agli spostamenti che causano movimenti nello stesso verso lungo l’asse di rilevamento delle accelerazioni (asse Z) delle porzioni delle masse di rilevamento 113a, 113b che contengono i rispettivi baricentri (ossia gli spostamenti causati da accelerazioni lungo l’asse Z). La definizione “spostamenti discordi†sarà invece applicata agli spostamenti che causano movimenti in versi opposti lungo l’asse di rilevamento delle accelerazioni (asse Z) delle porzioni delle masse di rilevamento 113a, 113b che contengono i rispettivi baricentri (ossia gli spostamenti causati da rotazioni attorno all’asse Y per effetto della forza di Coriolis).
Come nella forma di realizzazione precedentemente descritta, anche in questo caso dunque le variazioni delle capacità corrispondenti Ca1, Cb1 e Ca2, Cb2 sono concordi in caso di accelerazione lungo l’asse Z e sono discordi in caso di rotazione attorno all’asse Y. I contributi di segnali agli elettrodi di rilevamento 121a, 122a, 121b, 122b possono quindi essere combinati come indicato alle equazioni (1) e (2) rispettivamente nella modalità di lettura di accelerazione e nella modalità di lettura di rotazione. Nella modalità di lettura di accelerazione, gli effetti degli spostamenti concordi delle masse di pilotaggio 113a, 113b (accelerazione lungo l’asse Z) vengono amplificati, mentre gli effetti degli spostamenti discordi (rotazione attorno all’asse Y) vengono attenuati. Al contrario, nella modalità di lettura di rotazione, gli effetti degli spostamenti discordi vengono amplificati gli effetti spostamenti concordi vengono attenuati. Per combinare i contributi di segnali agli elettrodi di rilevamento 121a, 122a, 121b, 122b vengono utilizzati il dispositivo di instradamento 7 e l’interfaccia di rilevamento 8, come già descritto.
La figura 9 illustra un’ulteriore forma di realizzazione dell’invenzione. In questo caso, un dispositivo microelettromeccanico 200 integrante le funzioni di accelerometro multiassiale e giroscopio multiassiale comprende una microstruttura 202 e, inoltre, il dispositivo di pilotaggio 3, un multiplexer 204, il dispositivo di lettura 5 e l’unità di controllo 6 sostanzialmente come già descritti in precedenza con riferimento in particolare alle figure 1, 6a, 6b.
In questo caso, la microstruttura 202 presenta una pluralità di terminali di rilevamento per accelerazioni e rotazioni rispetto a diversi assi di rilevamento. I terminali di rilevamento vengono collegati a rotazione al dispositivo di lettura 5 attraverso il multiplexer 204, che a questo scopo à ̈ controllato dall’unità di controllo 6 attraverso un segnale di selezione SEL1. L’unità di controllo comanda anche il dispositivo di lettura 5 con un segnale di selezione SEL2.
La microstruttura 202 Ã ̈ illustrata in modo schematico in figura 10 e comprende:
una struttura di supporto 212;
una prima massa di rilevamento 213a e una seconda massa di rilevamento 213b, vincolate alla struttura di supporto 212 mediante rispettivi sistemi di elementi elastici di sospensione 214a, che permettono movimenti traslatori lungo un primo asse X, traslatori lungo un secondo asse Y perpendicolare al primo asse X e rotatori attorno a rispettivi assi di rotazione Ra, Rb paralleli al secondo asse Y, (come già descritto); e una terza massa di rilevamento 213c e una quarta massa di rilevamento 213d, vincolate alla struttura di supporto 212 mediante rispettivi sistemi di elementi elastici di sospensione 214a, che permettono movimenti traslatori lungo il secondo asse Y (che funge da asse ausiliario di pilotaggio), traslatori lungo il primo asse X e rotatori attorno a rispettivi assi di rotazione Rc, Rd paralleli al primo asse X.
Le masse di rilevamento 213a, 213b, 213c, 213d sono in pratica disposte a croce e sono inoltre accoppiate fra loro mediante elementi elastici di connessione 214b.
Gruppi di pilotaggio 215 del dispositivo di pilotaggio 3 sono accoppiati in modo simmetrico alla prima e alla seconda massa di rilevamento 213a, 213b e sono configurati in modo da causare spostamenti della prima e della seconda massa di rilevamento 213a, 213b lungo l’asse X. I gruppi di pilotaggio 215 sono di tipo “comb-finger†. Il dispositivo di pilotaggio 3 utilizza i gruppi di pilotaggio 215 per porre la prima e la seconda massa di rilevamento 213a, 213b sono poste in oscillazione lungo l’asse X in opposizione di fase. Gli elementi elastici di connessione 214b sono conformati in modo da trasmettere il movimento oscillatorio alla terza e alla quarta massa di rilevamento 213c, 213d, che oscillano lungo l’asse Y in opposizione di fase in risposta al movimento della prima e della seconda massa di rilevamento 213a, 213b. Esempi di realizzazione degli elementi elastici di connessione 214b che permettono di realizzare l’accoppiamento meccanico descritto sono presentati nella domanda di brevetto europeo EP-A-2339 293 del 23 dicembre 2010 a nome della Richiedente.
La microstruttura 202 comprende, per ciascuna massa di rilevamento 213a, 213b, 213c, 213d, gruppi di rilevamento 218, 220 differenziali per rilevare spostamenti delle masse di rilevamento 213a, 213b, 213c, 213d stesse rispettivamente nel piano XY (gruppi di rilevamento 218) e fuori dal piano XY (gruppi di rilevamento 220, in particolare per rotazioni delle masse di rilevamento 213a, 213b, 213c, 213d attorno ai rispettivi assi di rotazione Ra, Rb, Rc, Rd).
I gruppi di rilevamento 218 sono del tipo capacitivo a piatti paralleli (come descritto con riferimento alle figure 2-4) e sono orientati in modo da rilevare spostamenti lungo l’asse Y per le masse di rilevamento 213a, 213b e spostamenti lungo l’asse X per le masse di rilevamento 213c, 213d. I gruppi di rilevamento 218 possono quindi essere utilizzati per misurare accelerazioni della microstruttura 202 lungo gli assi X e Y e rotazioni attorno all’asse Z.
I gruppi di rilevamento 220, invece, comprendono elettrodi affacciati accoppiati capacitivamente, come descritto con riferimento alle figure 7, 8a, 8b. Gli elettrodi dei gruppi di rilevamento 220 sono posti sulle rispettive masse di rilevamento 213a, 213b, 213c, 213d e sulla struttura di supporto 212, a coppie opposti relativamente ai rispettivi assi di rotazione Ra, Rb, Rc, Rd. Pertanto, i gruppi di rilevamento 220 rilevano rotazioni delle masse di rilevamento fuori dal piano XY, attorno ai rispettivi assi di rotazione Ra, Rb, Rc, Rd e possono essere utilizzati per misurare accelerazioni della microstruttura 202 lungo l’asse Z e rotazioni attorno agli assi X e Y.
La figura 11 mostra schematicamente l’accoppiamento capacitivo fra le masse di rilevamento 213a, 213b, 213c, 213d e rispettivi terminali di rilevamento.
Per la prima massa di rilevamento 213a, il gruppo di rilevamento 218 à ̈ accoppiato a terminali di rilevamento 221a, 222a (dove sono presenti contributi di segnale S(Ca1), S(Ca2)) rispettivamente mediante capacità Ca1, Ca2 differenziali, mentre il gruppo di rilevamento 220 à ̈ accoppiato a terminali di rilevamento 223a, 224a (dove sono presenti contributi di segnale S(Ca3), S(Ca4)) rispettivamente mediante capacità Ca3, Ca4 differenziali.
Per la seconda massa di rilevamento 213b, il gruppo di rilevamento 218 à ̈ accoppiato a terminali di rilevamento 221b, 222b (dove sono presenti contributi di segnale S(Cb1), S(Cb2)) rispettivamente mediante capacità Cb1, Cb2 differenziali, mentre il gruppo di rilevamento 220 à ̈ accoppiato a terminali di rilevamento 223b, 224b (dove sono presenti contributi di segnale S(Cb3), S(Cb4)) rispettivamente mediante capacità Cb3, Cb4 differenziali.
Le capacità Ca1, Cb1, le capacità Ca2, Cb2, le capacità Ca3, Cb3 e le capacità Ca4, Cb4 sono capacità corrispondenti nel senso sopra definito.
Per la terza massa di rilevamento 213c, il gruppo di rilevamento 218 à ̈ accoppiato a terminali di rilevamento 221c, 222c (dove sono presenti contributi di segnale S(Cc1), S(Cc2)) rispettivamente mediante capacità Cc1, Cc2 differenziali, mentre il gruppo di rilevamento 220 à ̈ accoppiato a terminali di rilevamento 223c, 224c (dove sono presenti contributi di segnale S(Cc3), S(Cc4)) rispettivamente mediante capacità Cc3, Cc4 differenziali.
Per la quarta massa di rilevamento 213d, il gruppo di rilevamento 218 à ̈ accoppiato a terminali di rilevamento 221d, 222d (dove sono presenti contributi di segnale S(Cd1), S(Cd2)) rispettivamente mediante capacità Cd1, Cd2 differenziali, mentre il gruppo di rilevamento 220 à ̈ accoppiato a terminali di rilevamento 223d, 224d (dove sono presenti contributi di segnale S(Cd3), S(Cd4)) rispettivamente mediante capacità Cd3, Cd4 differenziali.
Le capacità Cc1, Cd1, le capacità Ca2, Cb2, le capacità Ca3, Cb3 e le capacità Ca4, Cb4 sono capacità corrispondenti nel senso sopra definito.
I terminali di rilevamento della microstruttura 202 vengono collegati a rotazione allo stadio di instradamento 7 attraverso il multiplexer 204 per rilevare accelerazioni e rotazioni rispetto agli assi X, Y, Z. Per ciascuna grandezza, in particolare, vengono utilizzati i gruppi di rilevamento 218 o i gruppi di rilevamento 220 di una coppia di masse di rilevamento 213a, 213b, 213c, 213d che oscillano in opposizione di fase lungo uno stesso asse (X o Y); per le accelerazioni e le rotazioni rispetto all’asse Z possono essere utilizzati rispettivamente tutti i gruppi di rilevamento 220 e tutti i gruppi di rilevamento 218. Inoltre, lo stadio di instradamento determina la connessione dei terminali di rilevamento della microstruttura 202 all’interfaccia di rilevamento 8 in modalità di lettura di accelerazione (in modo che i contributi di segnale dovuti a capacità corrispondenti vengano sommati) o in modalità di lettura di rotazione (in modo che i contributi di segnale dovuti a capacità corrispondenti vengano sottratti), secondo il valore del segnale di selezione SEL2 fornito dall’unità di controllo 6. Come già descritto in precedenza, in questo modo à ̈ possibile amplificare le componenti di segnale dovute alla grandezza che si vuole misurare, attenuando gli effetti dovuti alle altre grandezze che interagiscono con i gruppi di rilevamento interessati. Inoltre, per il rilevamento dell’accelerazione lungo l’asse Z e della rotazione in accordo a Z à ̈ vantaggioso sommare i contributi delle capacità corrispondenti di tutte le quattro masse di rilevamento 213a, 213b, 213c, 213d, che danno contributi concordi, in modo da ottenere una maggiore amplificazione del segnale di rilevamento.
In dettaglio, i contributi di segnale vengono combinati come segue.
Rilevamento dell’accelerazione lungo l’asse X:
SX= (S(Cc1)+S(Cd1))-(SCc2+SCd2))
Rilevamento dell’accelerazione lungo l’asse Y:
SY= (S(Ca1)+S(Cb1))-(SCa2+SCb2))
Rilevamento dell’accelerazione lungo l’asse Z:
SZ= (S(Ca3)+S(Cb3)+S(Cc3)+S(Cd3))
-(S(Ca4)+S(Cb4)+S(Cc4)+S(Cd4))
Rilevamento della rotazione attorno all’asse Y (beccheggio o “pitch†):
SPITCH= (S(Ca3)-S(Cb3))-(S(Ca4)-S(Cb4))
Rilevamento della rotazione attorno all’asse X (rollio o “roll†):
SROLL= (S(Cc3)-S(Cd3))-(S(Cc4)-S(Cd4))
Rilevamento della rotazione attorno all’asse X (imbardata o “yaw†):
SYAW= (S(Ca1)+S(Cb2))-(S(Ca2)+S(Cb1))
oppure:
SYAW= (S(Cc1)+S(Cd2))-(S(Cc2)+S(Cd1))
oppure:
SYAW= (S(Ca1)+S(Cb2))-(S(Ca2)+S(Cb1))+(S(Cc1)+S(Cd2))-(S(Cc2)+S(Cd1))
Il dispositivo descritto à ̈ particolarmente flessibile, in quanto permette di rilevare con un’unica microstruttura ben sei grandezze indipendenti. Le grandezze rilevate possono essere rese disponibili contemporaneamente poiché la lettura può avvenire a divisione di tempo come descritto per i diversi assi.
In figura 6 à ̈ illustrata una porzione di un sistema elettronico 300 in accordo a una forma di realizzazione della presente invenzione. Il sistema 300 incorpora il dispositivo microelettromeccanico 1 e può essere utilizzato in sistemi elettronici come, ad esempio, un calcolatore palmare (personal digital assistant, PDA), un calcolatore portatile, eventualmente con capacità wireless, un telefono cellulare, un dispositivo di messaggistica, un riproduttore audio digitale, una fotocamera o una videocamera digitale, un sistema di navigazione inerziale, un sistema automotive o altri dispositivi atti a elaborare, immagazzinare, trasmettere o ricevere informazioni. Ad esempio, il dispositivo microelettromeccanico 1 può essere utilizzato in una camera digitale per rilevare movimenti ed effettuare una stabilizzazione di immagine. In un’ulteriore forma di realizzazione, il dispositivo microelettromeccanico 1 à ̈ incluso in un’interfaccia utente attivata da movimento per calcolatori o console per videogiochi. In un’ulteriore forma di realizzazione, il dispositivo microelettromeccanico 1 à ̈ incorporato in un dispositivo di navigazione satellitare ed à ̈ utilizzato per il tracciamento temporaneo di posizione in caso di perdita del segnale di posizionamento satellitare.
Il sistema elettronico 300 può comprendere un controllore 310, un dispositivo di ingresso/uscita (I/O) 320 (ad esempio una tastiera o uno schermo), il dispositivo microelettromeccanico 1, un’interfaccia “wireless†340 e una memoria 360, di tipo volatile o non volatile, accoppiati fra loro attraverso un bus 350. in una forma di realizzazione, una batteria 380 può essere utilizzata per alimentare il sistema 300. Si noti che l’ambito della presente invenzione non à ̈ limitato a forme di realizzazione aventi necessariamente uno o tutti i dispositivi elencati.
Il controllore 310 può comprendere, ad esempio, uno o più microprocessori, microcontrollori e simili.
Il dispositivo di I/O 320 può essere utilizzato per generare un messaggio. Il sistema 300 può utilizzare l’interfaccia wireless 340 per trasmettere e ricevere messaggi a e da una rete di comunicazione wireless con un segnale a radiofrequenza (RF). Esempi di interfaccia wireless possono comprendere un’antenna, un ricetrasmettitore wireless, come un’antenna a dipolo, benché l’ambito della presente invenzione non sia limitato sotto questo aspetto. Inoltre, il dispositivo I/O 320 può fornire una tensione rappresentativa di ciò che à ̈ memorizzato sia in forma di uscita digitale (se sono state immagazzinate informazioni digitali), sia in forma di informazione analogica (se sono state immagazzinate informazioni analogiche).
Risulta infine chiaro che al dispositivo descritto e illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito di protezione della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.
In particolare, la possibilità di integrare le funzioni di accelerometro e giroscopio non à ̈ limitata alle sole configurazioni di microstruttura descritte, ma può essere vantaggiosamente sfruttata con qualsiasi microstruttura avente coppie di masse mobili in opposizione di fase.
Per ridurre il rischio di errori dovuti ad accoppiamenti meccanici spuri, à ̈ poi possibile utilizzare, in luogo di ciascuna singola massa di rilevamento, sistemi di più masse con una massa ausiliaria per il pilotaggio e una massa mobile con un grado di libertà rispetto alla massa di pilotaggio.
Inoltre, evidentemente possono essere utilizzate più catene di lettura, eventualmente collegate in modo permanente alla microstruttura, al posto di un’unica catena collegata a divisione di tempo ai vari terminali.
Claims (15)
- RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo microelettromeccanico comprendente: una struttura di supporto (12; 112; 212); una prima massa di rilevamento (13a; 113a; 213a) e una seconda massa di rilevamento (13b; 113b; 213b), mobili rispetto alla struttura di supporto (12; 112; 212) entrambe in accordo a un primo asse (X; X, Y) e ciascuna in accordo a un rispettivo secondo asse (Y; Ra, Rb; Y, X, Ra, Rb, Rc, Rd) perpendicolare al primo asse (X; X, Y); un dispositivo di pilotaggio (3), configurato per mantenere la prima massa di rilevamento (13a; 113a; 213a) e la seconda massa di rilevamento (13b; 113b; 213b) in oscillazione lungo il primo asse (X; X, Y) in opposizione di fase; un primo gruppo di rilevamento e un secondo gruppo di rilevamento (18; 118; 218, 220), configurati per fornire segnali di rilevamento (S(Ca1)-S(Cb2); S(Ca1)-S(Cd4)) indicativi di spostamenti rispettivamente della prima massa di rilevamento (13a; 113a; 213a) e della seconda massa di rilevamento (13b; 113b; 213b) in accordo al rispettivo secondo asse (Y; Ra, Rb; Y, X, Z, Ra, Rb, Rc, Rd); componenti di elaborazione (7, 8), configurati per combinare i segnali di rilevamento (SCa1-SCb2; Sca1-SCd4)) in una prima modalità di rilevamento e in una seconda modalità di rilevamento, in modo da: nella prima modalità di rilevamento, amplificare effetti sui segnali di rilevamento (S(Ca1)-S(Cb2); S(Ca1)-S(Cd4)) di spostamenti concordi e attenuare effetti di spostamenti discordi della prima massa di rilevamento (13a; 113a; 213a) e della seconda massa di rilevamento (13b; 113b; 213b); e nella seconda modalità di rilevamento, amplificare effetti sui segnali di rilevamento (S(Ca1)-S(Cb2); S(Ca1)-S(Cd4)) di spostamenti discordi e attenuare effetti di spostamenti concordi della prima massa di rilevamento (13a; 113a; 213a) e della seconda massa di rilevamento (13b; 113b; 213b).
- 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui i componenti di elaborazione (7, 8) sono configurati per combinare i segnali di rilevamento (SCa1-SCb2; Sca1-SCd4)) in modo da: nella prima modalità di rilevamento, sommare effetti sui segnali di rilevamento (S(Ca1)-S(Cb2); S(Ca1)-S(Cd4)) di spostamenti della prima massa di rilevamento (13a; 113a; 213a) e della seconda massa di rilevamento (13b; 113b; 213b) causati da accelerazioni della struttura di supporto (12; 112; 212) lungo un asse di rilevamento (Y; Z; Y, X, Z) perpendicolare al primo asse (X; X, Y) e attenuare effetti sui segnali di rilevamento (S(Ca1)-S(Cb2); S(Ca1)-S(Cd4)) di spostamenti della prima massa di rilevamento (13a; 113a; 213a) e della seconda massa di rilevamento (13b; 113b; 213b) causati da rotazioni della struttura di supporto (12; 112; 212) attorno a un terzo asse (Z; Y; Z, X, Y) perpendicolare al primo asse (X; X, Y) in combinazione con le oscillazioni lungo il primo asse (X; X, Y); e nella seconda modalità di rilevamento, sommare effetti sui segnali di rilevamento (S(Ca1)-S(Cb2); S(Ca1)-S(Cd4)) di spostamenti della prima massa di rilevamento (13a; 113a; 213a) e della seconda massa di rilevamento (13b; 113b; 213b) causati da rotazioni della struttura di supporto (12; 112; 212) attorno al terzo asse (Z; Y; Z, X, Y) in combinazione con le oscillazioni lungo il primo asse (X; X, Y) e attenuare effetti sui segnali di rilevamento (S(Ca1)-S(Cb2); S(Ca1)-S(Cd4)) di spostamenti della prima massa di rilevamento (13a; 113a; 213a) e della seconda massa di rilevamento (13b; 113b; 213b) causati da accelerazioni della struttura di supporto (12; 112; 212) lungo l’ asse di rilevamento (Y; Z; Y, X, Z).
- 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il primo gruppo di rilevamento e il secondo gruppo di rilevamento (18; 118; 218, 220) sono di tipo capacitivo e sono configurati in modo da presentare variazioni di capacità concordi in risposta a spostamenti concordi della prima massa di rilevamento (13a; 113a; 213a) e della seconda massa di rilevamento (13b; 113b; 213b) e variazioni di capacità discordi in risposta a spostamenti discordi della prima massa di rilevamento (13a; 113a; 213a) e della seconda massa di rilevamento (13b; 113b; 213b).
- 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, in cui il primo gruppo di rilevamento e il secondo gruppo di rilevamento (18; 118; 218, 220) sono di tipo differenziale.
- 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 3 o 4, comprendente un’interfaccia di rilevamento (8) differenziale e uno stadio di instradamento (7), configurato per invertire la connessione di uno fra il primo gruppo di rilevamento e il secondo gruppo di rilevamento (18; 118; 218, 220) a ingressi dell’interfaccia di rilevamento (8) fra la prima modalità di rilevamento e la seconda modalità di rilevamento.
- 6. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 5, in cui la prima massa di rilevamento (13a; 213a) e la seconda massa di rilevamento (13b; 213b) sono vincolate alla struttura di supporto in modo da traslare lungo il secondo asse (Y).
- 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 6, in cui il primo gruppo di rilevamento e il secondo gruppo di rilevamento (18) comprendono rispettivi primi e secondi elettrodi fissi di rilevamento (19a, 19b), ancorati alla struttura di supporto (12), e rispettivi elettrodi mobili di rilevamento (20), ancorati ciascuno alla rispettiva fra la prima massa di rilevamento (13a; 213a) e la seconda massa di rilevamento (13b; 213b) e interposti fra rispettivi primi elettrodi fissi di rilevamento (19a) e secondi elettrodi fissi di rilevamento (19b).
- 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 8, in cui il primo gruppo di rilevamento e il secondo gruppo di rilevamento (18) sono del tipo a piatti paralleli e i primi e secondi elettrodi fissi di rilevamento (19a, 19b) e gli elettrodi mobili di rilevamento (20) sono perpendicolari al secondo asse.
- 9. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 5, in cui la prima massa di rilevamento (113a; 213a) e la seconda massa di rilevamento (113b; 213b) sono vincolate alla struttura di supporto in modo da ruotare attorno a rispettivi assi di rotazione (Ra, Rb).
- 10. Dispositivo secondo la rivendicazione 9, in cui: il primo gruppo di rilevamento e il secondo gruppo di rilevamento (118) comprendono rispettivi primi e secondi elettrodi fissi di rilevamento (119a, 119b) e rispettivi primi e secondi elettrodi mobili di rilevamento (120a, 120b); i primi e secondi elettrodi mobili di rilevamento (120a, 120b) sono posti su una facce della rispettiva fra la prima massa di rilevamento (113a) e la seconda massa di rilevamento (113b) rivolte verso la struttura di supporto (112); sulla prima massa di rilevamento (113a) e sulla seconda massa di rilevamento (113b), i rispettivi primi e secondi elettrodi mobili di rilevamento (120a, 120b) sono da parti opposte dei rispettivi assi di rotazione (Ra, Rb).
- 11. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente una terza massa di rilevamento (213c) e una quarta massa di rilevamento (213d), mobili relativamente alla struttura di supporto (212) entrambe in accordo a un asse ausiliario (Y) perpendicolare al primo asse (X, Y) e ciascuna in accordo a un rispettivo ulteriore secondo asse (Y, X, Ra, Rb, Rc, Rd) perpendicolare al primo asse (X, Y).
- 12. Dispositivo secondo la rivendicazione 11, in cui la terza massa di rilevamento (213c) e la quarta massa di rilevamento (213d) sono meccanicamente accoppiate alla prima massa di rilevamento (113a) e alla seconda massa di rilevamento (113b) mediante elementi elastici di connessione (214b), conformati per trasmettere le oscillazioni dalla prima massa di rilevamento (113a) e dalla seconda massa di rilevamento (113b) alla terza massa di rilevamento (213c) e alla quarta massa di rilevamento (213d), in modo che la terza massa di rilevamento (213c) e la quarta massa di rilevamento (213d) oscillino in opposizione di fase lungo l’asse ausiliario (Y).
- 13. Dispositivo secondo la rivendicazione 11 o 12, comprendente un terzo gruppo di rilevamento e un quarto gruppo di rilevamento (18; 118; 218, 220), configurati per fornire segnali di rilevamento (S(Cc1)-S(Cd4)) indicativi di spostamenti rispettivamente della terza massa di rilevamento (213c) e della quarta massa di rilevamento (213d) in accordo al rispettivo secondo asse (Rc, Rd).
- 14. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente, per ciascuna massa di rilevamento, un ulteriore gruppo di rilevamento, per rilevare spostamenti della rispettiva massa di rilevamento in accordo a un ulteriore asse.
- 15. Sistema elettronico comprendente un’unità di controllo (310) e un sensore microelettromeccanico (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti accoppiato all’unità di controllo (310).
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|---|---|---|---|---|
| IT1394007B1 (it) | 2009-05-11 | 2012-05-17 | St Microelectronics Rousset | Struttura microelettromeccanica con reiezione migliorata di disturbi di accelerazione |
| ITTO20091042A1 (it) | 2009-12-24 | 2011-06-25 | St Microelectronics Srl | Giroscopio integrato microelettromeccanico con migliorata struttura di azionamento |
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| ITTO20130237A1 (it) * | 2013-03-22 | 2014-09-23 | St Microelectronics Srl | Struttura microelettromeccanica di rilevamento ad asse z ad elevata sensibilita', in particolare per un accelerometro mems |
| US9404747B2 (en) * | 2013-10-30 | 2016-08-02 | Stmicroelectroncs S.R.L. | Microelectromechanical gyroscope with compensation of quadrature error drift |
| GB201322918D0 (en) | 2013-12-23 | 2014-02-12 | Atlantic Inertial Systems Ltd | Accelerometers |
| CN105319393A (zh) * | 2014-07-31 | 2016-02-10 | 立锜科技股份有限公司 | 具有共构微机电感测单元的微机电系统元件 |
| JP6358913B2 (ja) * | 2014-09-30 | 2018-07-18 | 株式会社日立製作所 | 加速度センサ |
| JP6279464B2 (ja) * | 2014-12-26 | 2018-02-14 | 株式会社東芝 | センサおよびその製造方法 |
| US10260877B2 (en) * | 2015-02-26 | 2019-04-16 | Stmicroelectronics, Inc. | Reconfigurable sensor unit for electronic device |
| US9720012B2 (en) * | 2015-07-21 | 2017-08-01 | Nxp Usa, Inc. | Multi-axis inertial sensor with dual mass and integrated damping structure |
| CN105043422B (zh) * | 2015-09-08 | 2017-10-27 | 浙江大学 | 高分辨率和宽动态范围的mems谐振式电荷传感器及检测方法 |
| ITUA20162172A1 (it) * | 2016-03-31 | 2017-10-01 | St Microelectronics Srl | Sensore accelerometrico realizzato in tecnologia mems avente elevata accuratezza e ridotta sensibilita' nei confronti della temperatura e dell'invecchiamento |
| US10696541B2 (en) | 2016-05-26 | 2020-06-30 | Honeywell International Inc. | Systems and methods for bias suppression in a non-degenerate MEMS sensor |
| US10371521B2 (en) | 2016-05-26 | 2019-08-06 | Honeywell International Inc. | Systems and methods for a four-mass vibrating MEMS structure |
| JP6639377B2 (ja) | 2016-12-08 | 2020-02-05 | 株式会社東芝 | 振動装置 |
| IT201700099412A1 (it) * | 2017-09-05 | 2019-03-05 | St Microelectronics Srl | Giroscopio mems con regolazione del mismatch fra la frequenza di pilotaggio e la frequenza di rilevamento |
| US11099207B2 (en) * | 2018-10-25 | 2021-08-24 | Analog Devices, Inc. | Low-noise multi-axis accelerometers and related methods |
| JP7134931B2 (ja) * | 2019-08-28 | 2022-09-12 | 株式会社東芝 | センサ |
| IT201900017546A1 (it) | 2019-09-30 | 2021-03-30 | St Microelectronics Srl | Dispositivo a pulsante mems resistente all'acqua, dispositivo di ingresso comprendente il dispositivo a pulsante mems e apparecchio elettronico |
| DE102021200483A1 (de) * | 2021-01-20 | 2022-07-21 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Dreiachsiger Drehratensensor mit einem Substrat und einem Doppelrotor |
| US11525680B2 (en) * | 2021-02-17 | 2022-12-13 | Nxp Usa, Inc. | Angular rate sensor with centrally positioned coupling structures |
| CN114487480B (zh) * | 2022-01-14 | 2025-09-16 | 瑞声开泰科技(武汉)有限公司 | 微机电系统加速度计 |
| EP4215922B1 (en) * | 2022-01-19 | 2025-07-30 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Three-axis accelerometer with two masses |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040211258A1 (en) * | 2003-04-28 | 2004-10-28 | Analog Devices, Inc. | Six degree-of-freedom micro-machined multi-sensor |
| EP2108964A2 (en) * | 2008-04-10 | 2009-10-14 | Honeywell International Inc. | Systems and methods for acceleration and rotational determination from an in-plane and out-of-plane mems device |
| US20100223996A1 (en) * | 2006-06-16 | 2010-09-09 | Sony Corporation | Inertial sensor |
Family Cites Families (103)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4159125A (en) | 1977-11-04 | 1979-06-26 | General Motors Corporation | Uncoupled strut suspension system |
| US4744248A (en) * | 1985-07-25 | 1988-05-17 | Litton Systems, Inc. | Vibrating accelerometer-multisensor |
| JPS6293668A (ja) * | 1985-10-21 | 1987-04-30 | Hitachi Ltd | 角速度・加速度検出器 |
| US5205171A (en) * | 1991-01-11 | 1993-04-27 | Northrop Corporation | Miniature silicon accelerometer and method |
| US5447068A (en) | 1994-03-31 | 1995-09-05 | Ford Motor Company | Digital capacitive accelerometer |
| DE4414237A1 (de) | 1994-04-23 | 1995-10-26 | Bosch Gmbh Robert | Mikromechanischer Schwinger eines Schwingungsgyrometers |
| DE19530007C2 (de) | 1995-08-16 | 1998-11-26 | Bosch Gmbh Robert | Drehratensensor |
| US6250156B1 (en) | 1996-05-31 | 2001-06-26 | The Regents Of The University Of California | Dual-mass micromachined vibratory rate gyroscope |
| DE19641284C1 (de) | 1996-10-07 | 1998-05-20 | Inst Mikro Und Informationstec | Drehratensensor mit entkoppelten orthogonalen Primär- und Sekundärschwingungen |
| US5955668A (en) | 1997-01-28 | 1999-09-21 | Irvine Sensors Corporation | Multi-element micro gyro |
| JP3399336B2 (ja) * | 1997-12-22 | 2003-04-21 | 株式会社豊田中央研究所 | 検出器 |
| US6230563B1 (en) | 1998-06-09 | 2001-05-15 | Integrated Micro Instruments, Inc. | Dual-mass vibratory rate gyroscope with suppressed translational acceleration response and quadrature-error correction capability |
| JP3796991B2 (ja) | 1998-12-10 | 2006-07-12 | 株式会社デンソー | 角速度センサ |
| DE19938206A1 (de) | 1999-08-12 | 2001-02-15 | Bosch Gmbh Robert | Mikromechanischer Drehbeschleunigungssensor |
| JP3589182B2 (ja) * | 2000-07-07 | 2004-11-17 | 株式会社村田製作所 | 外力計測装置 |
| DE10108196A1 (de) | 2001-02-21 | 2002-10-24 | Bosch Gmbh Robert | Drehratensensor |
| US20020134154A1 (en) | 2001-03-23 | 2002-09-26 | Hsu Ying W. | Method and apparatus for on-chip measurement of micro-gyro scale factors |
| DE60120921T2 (de) | 2001-04-27 | 2007-02-01 | Stmicroelectronics S.R.L., Agrate Brianza | Aus Halbleitermaterial hergestellter integrierter Kreisel |
| US6928872B2 (en) | 2001-04-27 | 2005-08-16 | Stmicroelectronics S.R.L. | Integrated gyroscope of semiconductor material with at least one sensitive axis in the sensor plane |
| US6535800B2 (en) | 2001-05-29 | 2003-03-18 | Delphi Technologies, Inc. | Vehicle rollover sensing using angular rate sensors |
| US20020189351A1 (en) | 2001-06-14 | 2002-12-19 | Reeds John W. | Angular rate sensor having a sense element constrained to motion about a single axis and flexibly attached to a rotary drive mass |
| US6722197B2 (en) * | 2001-06-19 | 2004-04-20 | Honeywell International Inc. | Coupled micromachined structure |
| US6513380B2 (en) | 2001-06-19 | 2003-02-04 | Microsensors, Inc. | MEMS sensor with single central anchor and motion-limiting connection geometry |
| JP3870895B2 (ja) | 2002-01-10 | 2007-01-24 | 株式会社村田製作所 | 角速度センサ |
| US6725719B2 (en) * | 2002-04-17 | 2004-04-27 | Milli Sensor Systems And Actuators, Inc. | MEMS-integrated inertial measurement units on a common substrate |
| FI119159B (fi) | 2003-02-11 | 2008-08-15 | Vti Technologies Oy | Kapasitiivinen kiihtyvyysanturirakenne |
| US7409291B2 (en) * | 2003-02-28 | 2008-08-05 | Stmicroelectronics S.R.L. | Device for automatic detection of states of motion and rest, and portable electronic apparatus incorporating it |
| CN100437116C (zh) * | 2003-04-28 | 2008-11-26 | 模拟器件公司 | 提供两个加速度检测轴和一个角速度检测轴的微加工多传感器 |
| US6837107B2 (en) * | 2003-04-28 | 2005-01-04 | Analog Devices, Inc. | Micro-machined multi-sensor providing 1-axis of acceleration sensing and 2-axes of angular rate sensing |
| US6845665B2 (en) * | 2003-04-28 | 2005-01-25 | Analog Devices, Inc. | Micro-machined multi-sensor providing 2-axes of acceleration sensing and 1-axis of angular rate sensing |
| FR2858853B1 (fr) | 2003-08-13 | 2006-01-13 | Sercel Rech Const Elect | Accelerometre a vibrations parasites reduites par forme des electrodes amelioree |
| FR2859528B1 (fr) * | 2003-09-09 | 2006-01-06 | Thales Sa | Gyrometre micro-usine a double diapason et a detection dans le plan de la plaque usinee |
| JP2005241500A (ja) | 2004-02-27 | 2005-09-08 | Mitsubishi Electric Corp | 角速度センサ |
| JP4512636B2 (ja) | 2004-04-14 | 2010-07-28 | アナログ デバイシス， インコーポレイテッド | 直線的にアレイされたセンサエレメントを有する慣性センサ |
| TWI255341B (en) * | 2004-06-10 | 2006-05-21 | Chung Shan Inst Of Science | Miniature accelerator |
| KR100652952B1 (ko) | 2004-07-19 | 2006-12-06 | 삼성전자주식회사 | 커플링 스프링을 구비한 멤스 자이로스코프 |
| EP1624286B1 (en) | 2004-08-03 | 2017-10-04 | STMicroelectronics Srl | Micro-electro-mechanical sensor with force feedback loop |
| DE602004031938D1 (de) | 2004-08-13 | 2011-05-05 | St Microelectronics Srl | Mikroelektromechanische Struktur, insbesondere Beschleunigungssensor, mit verbesserter Unempfindlichkeit gegenüber thermischen und mechanischen Spannungen |
| JP2008514968A (ja) | 2004-09-27 | 2008-05-08 | コンティ テミック マイクロエレクトロニック ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 回転速度センサ |
| SE528404C2 (sv) | 2004-10-20 | 2006-11-07 | Imego Ab | Sensorarrangemang |
| JP4353087B2 (ja) * | 2004-12-01 | 2009-10-28 | 株式会社デンソー | 回転振動型角速度センサ |
| US7155976B2 (en) | 2005-01-05 | 2007-01-02 | Industrial Technology Research Institute | Rotation sensing apparatus and method for manufacturing the same |
| US7240552B2 (en) | 2005-06-06 | 2007-07-10 | Bei Technologies, Inc. | Torsional rate sensor with momentum balance and mode decoupling |
| JP2007071677A (ja) | 2005-09-07 | 2007-03-22 | Hitachi Ltd | コンバインドセンサとその製造方法 |
| US7454246B2 (en) | 2005-09-08 | 2008-11-18 | Massachusetts Eye & Ear Infirmary | Sensor signal alignment |
| JP4887034B2 (ja) * | 2005-12-05 | 2012-02-29 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 慣性センサ |
| US8113050B2 (en) * | 2006-01-25 | 2012-02-14 | The Regents Of The University Of California | Robust six degree-of-freedom micromachined gyroscope with anti-phase drive scheme and method of operation of the same |
| EP1813916B1 (en) * | 2006-01-30 | 2014-04-30 | STMicroelectronics Srl | Inertial device with pedometer function and portable electronic appliance incorporating said inertial device |
| EP1832841B1 (en) * | 2006-03-10 | 2015-12-30 | STMicroelectronics Srl | Microelectromechanical integrated sensor structure with rotary driving motion |
| JP5300494B2 (ja) | 2006-03-10 | 2013-09-25 | コンティネンタル・テーベス・アクチエンゲゼルシヤフト・ウント・コンパニー・オッフェネ・ハンデルスゲゼルシヤフト | 連結棒を有する回転速度センサ |
| JP2009530603A (ja) * | 2006-03-13 | 2009-08-27 | イシャイ センソールス エル ティー デー． | 二軸振動ジャイロスコープ |
| DE102006046772A1 (de) | 2006-09-29 | 2008-04-03 | Siemens Ag | Anordnung zur Messung einer Drehrate mit einem Vibrationssensor |
| US7461552B2 (en) | 2006-10-23 | 2008-12-09 | Custom Sensors & Technologies, Inc. | Dual axis rate sensor |
| JP2008129088A (ja) | 2006-11-16 | 2008-06-05 | Eastman Kodak Co | 角速度検出システムを備えるカメラの誤差除去方法 |
| US7934423B2 (en) * | 2007-12-10 | 2011-05-03 | Invensense, Inc. | Vertically integrated 3-axis MEMS angular accelerometer with integrated electronics |
| US8250921B2 (en) * | 2007-07-06 | 2012-08-28 | Invensense, Inc. | Integrated motion processing unit (MPU) with MEMS inertial sensing and embedded digital electronics |
| US8020441B2 (en) * | 2008-02-05 | 2011-09-20 | Invensense, Inc. | Dual mode sensing for vibratory gyroscope |
| EP1962054B1 (en) | 2007-02-13 | 2011-07-20 | STMicroelectronics Srl | Microelectromechanical gyroscope with open loop reading device and control method of a microelectromechanical gyroscope |
| US7950281B2 (en) * | 2007-02-28 | 2011-05-31 | Infineon Technologies Ag | Sensor and method for sensing linear acceleration and angular velocity |
| DE102007030119A1 (de) | 2007-06-29 | 2009-01-02 | Litef Gmbh | Corioliskreisel |
| KR100885416B1 (ko) * | 2007-07-19 | 2009-02-24 | 건국대학교 산학협력단 | 일체형 가속도계·각속도계 구동 시스템 |
| DE102007035806B4 (de) | 2007-07-31 | 2011-03-17 | Sensordynamics Ag | Mikromechanischer Drehratensensor |
| DE102007057042A1 (de) | 2007-09-10 | 2009-03-12 | Continental Teves Ag & Co. Ohg | Mikromechanischer Drehratensensor mit Kopplungsbalken und Aufhängungs-Federelementen zur Unterdrückung der Quadratur |
| US8042396B2 (en) | 2007-09-11 | 2011-10-25 | Stmicroelectronics S.R.L. | Microelectromechanical sensor with improved mechanical decoupling of sensing and driving modes |
| GB0720412D0 (en) * | 2007-10-18 | 2007-11-28 | Melexis Nv | Combined mems accelerometer and gyroscope |
| DE102007054505B4 (de) | 2007-11-15 | 2016-12-22 | Robert Bosch Gmbh | Drehratensensor |
| US8037757B2 (en) * | 2007-12-12 | 2011-10-18 | Honeywell International Inc. | Parametric amplification of a MEMS gyroscope by capacitance modulation |
| KR101078587B1 (ko) * | 2008-01-07 | 2011-11-01 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | 각속도 센서 |
| DE102008002748A1 (de) | 2008-06-27 | 2009-12-31 | Sensordynamics Ag | Mikro-Gyroskop |
| JP2010071793A (ja) * | 2008-09-18 | 2010-04-02 | Toshiba Corp | 多軸加速度センサ及び角速度センサ |
| ITTO20080714A1 (it) * | 2008-09-30 | 2010-04-01 | St Microelectronics Srl | Dispositivo microelettromeccanico provvisto di una struttura antiadesione e relativo metodo di antiadesione |
| IT1391972B1 (it) | 2008-11-26 | 2012-02-02 | St Microelectronics Rousset | Giroscopio microelettromeccanico con movimento di azionamento rotatorio e migliorate caratteristiche elettriche |
| ITTO20090489A1 (it) | 2008-11-26 | 2010-12-27 | St Microelectronics Srl | Circuito di lettura per un giroscopio mems multi-asse avente direzioni di rilevamento inclinate rispetto agli assi di riferimento, e corrispondente giroscopio mems multi-asse |
| IT1391973B1 (it) * | 2008-11-26 | 2012-02-02 | St Microelectronics Rousset | Giroscopio microelettromeccanico mono o biassiale con aumentata sensibilita' al rilevamento di velocita' angolari |
| IT1392553B1 (it) * | 2008-12-11 | 2012-03-09 | St Microelectronics Rousset | Dispositivo elettronico a capacita' variabile e dispositivo microelettromeccanico incorporante tale dispositivo elettronico |
| IT1392741B1 (it) | 2008-12-23 | 2012-03-16 | St Microelectronics Rousset | Giroscopio microelettromeccanico con migliorata reiezione di disturbi di accelerazione |
| DE102009000606B4 (de) | 2009-02-04 | 2026-01-22 | Robert Bosch Gmbh | Mikromechanische Struktur |
| DE102009001248B4 (de) * | 2009-02-27 | 2020-12-17 | Hanking Electronics, Ltd. | MEMS-Gyroskop zur Ermittlung von Rotationsbewegungen um eine x-, y- oder z-Achse |
| DE102009001244A1 (de) | 2009-02-27 | 2010-09-02 | Sensordynamics Ag | Mikro-Gyroskop zur Ermittlung von Rotationsbewegungen um eine x-, y- oder z-Achse |
| US8256290B2 (en) | 2009-03-17 | 2012-09-04 | Minyao Mao | Tri-axis angular rate sensor |
| DE102009001922A1 (de) | 2009-03-26 | 2010-09-30 | Sensordynamics Ag | Mikro-Gyroskop zur Ermittlung von Rotationsbewegungen um drei senkrecht aufeinanderstehende Raumachsen x, y und z |
| IT1394007B1 (it) | 2009-05-11 | 2012-05-17 | St Microelectronics Rousset | Struttura microelettromeccanica con reiezione migliorata di disturbi di accelerazione |
| FR2945621B1 (fr) * | 2009-05-15 | 2011-08-26 | Commissariat Energie Atomique | Structure de couplage pour gyrometre resonnant |
| IT1394898B1 (it) * | 2009-06-03 | 2012-07-20 | St Microelectronics Rousset | Giroscopio microelettromeccanico con attuazione a controllo di posizione e metodo per il controllo di un giroscopio microelettromeccanico |
| DE102009027897B4 (de) * | 2009-07-21 | 2023-07-20 | Robert Bosch Gmbh | Mikromechanischer Drehratensensor |
| ITTO20090597A1 (it) * | 2009-07-31 | 2011-02-01 | St Microelectronics Srl | Struttura di rilevamento microelettromeccanica ad asse z con ridotte derive termiche |
| US8739626B2 (en) | 2009-08-04 | 2014-06-03 | Fairchild Semiconductor Corporation | Micromachined inertial sensor devices |
| US8534127B2 (en) * | 2009-09-11 | 2013-09-17 | Invensense, Inc. | Extension-mode angular velocity sensor |
| US8549915B2 (en) | 2009-10-23 | 2013-10-08 | The Regents Of The University Of California | Micromachined gyroscopes with 2-DOF sense modes allowing interchangeable robust and precision operation |
| ITTO20091042A1 (it) | 2009-12-24 | 2011-06-25 | St Microelectronics Srl | Giroscopio integrato microelettromeccanico con migliorata struttura di azionamento |
| US8616057B1 (en) | 2010-01-23 | 2013-12-31 | Minyao Mao | Angular rate sensor with suppressed linear acceleration response |
| DE102010028005A1 (de) | 2010-04-20 | 2011-10-20 | Sensordynamics Ag | Mikro-Gyroskop zur Ermittlung von Bewegungen |
| US8317104B2 (en) | 2010-08-05 | 2012-11-27 | Hand Held Products, Inc. | Image engine with integrated circuit structure for indicia reading terminal |
| US9003882B1 (en) | 2010-11-03 | 2015-04-14 | Georgia Tech Research Corporation | Vibratory tuning fork based six-degrees of freedom inertial measurement MEMS device |
| JP2012173055A (ja) | 2011-02-18 | 2012-09-10 | Seiko Epson Corp | 物理量センサー、電子機器 |
| 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 |
| WO2012161690A1 (en) * | 2011-05-23 | 2012-11-29 | Senodia Technologies (Shanghai) Co., Ltd. | Mems devices sensing both rotation and acceleration |
| ITTO20110806A1 (it) | 2011-09-12 | 2013-03-13 | St Microelectronics Srl | Dispositivo microelettromeccanico integrante un giroscopio e un accelerometro |
| DE102011057081A1 (de) | 2011-12-28 | 2013-07-04 | Maxim Integrated Products, Inc. | Mikro-Drehratensensor und Verfahren zum Betreiben eines Mikro-Drehratensensors |
| DE102012200132B4 (de) | 2012-01-05 | 2025-12-24 | Robert Bosch Gmbh | Drehratensensor und Verfahren zum Betrieb eines Drehratensensors |
| US9194704B2 (en) | 2013-03-13 | 2015-11-24 | Freescale Semiconductor, Inc. | Angular rate sensor having multiple axis sensing capability |
| US9360319B2 (en) | 2013-09-05 | 2016-06-07 | Freescale Semiconductor, Inc. | Multiple sense axis MEMS gyroscope having a single drive mode |
| US9404747B2 (en) | 2013-10-30 | 2016-08-02 | Stmicroelectroncs S.R.L. | Microelectromechanical gyroscope with compensation of quadrature error drift |
-
2011
- 2011-09-12 IT IT000806A patent/ITTO20110806A1/it unknown
-
2012
- 2012-08-28 CN CN2012204421453U patent/CN203011387U/zh not_active Withdrawn - After Issue
- 2012-08-28 CN CN201210323167.2A patent/CN102997905B/zh active Active
- 2012-09-12 US US13/612,585 patent/US9234913B2/en active Active
-
2015
- 2015-12-09 US US14/964,469 patent/US10598690B2/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040211258A1 (en) * | 2003-04-28 | 2004-10-28 | Analog Devices, Inc. | Six degree-of-freedom micro-machined multi-sensor |
| US20100223996A1 (en) * | 2006-06-16 | 2010-09-09 | Sony Corporation | Inertial sensor |
| EP2108964A2 (en) * | 2008-04-10 | 2009-10-14 | Honeywell International Inc. | Systems and methods for acceleration and rotational determination from an in-plane and out-of-plane mems device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102997905B (zh) | 2017-04-12 |
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| CN102997905A (zh) | 2013-03-27 |
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