6 01.02.2005 - 31.03.2007 01.02.2005 - 31.03.2007 Villingen, 17.07 ...

Abschlussbericht Forschungsvorhaben 14237 N
der in der Ebene schwingenden Strukturen liegt diese rund eine Größenordung darüber.
Durch eine gefaltete Ausführung der Elemente (Abbildung 13) konnte die Nichtlinearität
jedoch soweit reduziert werden, dass bei einer Unterdruckverkapselung des Sensors von
≥ 1 mBar die Biegebalken mit der gewünschten Anregungsamplitude von ± 4 μm lineares
Schwingungsverhalten aufweisen (siehe Kapitel 5.5).
Abbildung 13: Torsionsbiegebalken zur Erzeugung der primären Schwingung aus der Ebene heraus
5.4 Entkopplung von Antrieb und Detektionsschwingung
Einfach entkoppelte Drehratensensoren wie sie in aus der Ebene heraus sensitiven
Strukturen verwendet werden, bestehen aus einem sekundären Oszillator beinhaltend
einer inertialen Masse sowie den Detektionselektroden, welcher Bewegungen in
2 Richtungen zulässt, sowie einem primären Oszillator mit nur einem Freiheitsgrad
wodurch die Sekundärschwingung nicht auf die Primärschwingung rückkoppeln kann,
jedoch der Sekundärschwinger Sekundär- sowie Primärschwingung sieht (Abbildung 14).
Bei einer Primärbewegung aus der Ebene heraus wird nun der Sekundärschwinger aus den
feststehenden Elektroden herausgehoben, was eine Änderung der differentiellen Kapazität
(C1 – C2) des Sekundärschwingers bei anliegender Drehrate zur Folge hat. Unter
Berücksichtigung der parasitären Kapazitäten Cp (� C1 + C2) verändert sich bei einer
Bewegung in z-Richtung das Ausgangssignal Vout und führt wegen dem Übersprechen
dieser Einfachentkopplung zu einem Quadratursignal welches auch eine Temperaturdrift
sowie eine Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses hervorruft.
( C1
− C2
)
VOUT
~
( C + C + C )
1
Durch Verwendung von doppelt entkoppelten Strukturen kann dieser Effekt idealerweise
verhindert werden, da hier nur noch die inertiale Masse zwei Freiheitsgrade besitzt und
somit der Primär- und Sekundärschwingung ausgesetzt ist, jedoch die Primär- und
Sekundärschwinger selbst sich nicht mehr gegenseitig beeinflussen (Abbildung 15).
Hahn-Schickard-Gesellschaft 11
2
p