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    重庆时时彩专: 角速度传感器.pdf

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    角速度 传感器
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    摘要
    申请专利号:

    CN201310079058.5

    申请日:

    2013.03.13

    公开号:

    CN103308043A

    公开日:

    2013.09.18

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01C 19/5719申请日:20130313|||公开
    IPC分类号: G01C19/5719(2012.01)I 主分类号: G01C19/5719
    申请人: 株式会社电装
    发明人: 胜间田卓
    地址: 日本爱知县
    优先权: 2012.03.13 JP 2012-056262
    专利代理机构: 永新专利商标代理有限公司 72002 代理人: 韩宏;陈松涛
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201310079058.5

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2016.02.10|||2013.10.23|||2013.09.18

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种角速度传感器(100)包括:振动器(11),其位于沿着由彼此正交的x方向和y方向规定的x-y平面中;基板(12),其在垂直于x-y平面的z方向上与所述振动器(11)分离;锚固装置(13),其从所述基板(12)延伸到所述振动器(11)所位于的所述x-y平面;连接梁装置(14),其将所述锚固装置(13)连接到所述振动器(11),所述连接梁能够围绕所述y方向扭转;激励部(50),其沿着所述z方向振动所述振动器(11);以及检测部(70),其基于沿着所述振动器(11)的x方向的移位来检测角速度。所述振动器(11)包括与所述连接梁装置(14)相连接的连接区域(P1),并且所述连接区域(P1)在所述振动器(11)沿着z方向振动时变成波节。

    权利要求书

    权利要求书
    1.   一种角速度传感器(100),包括:
    振动器(11),其位于由彼此正交的x方向和y方向规定的x?y平面中;
    基板(12),其在垂直于所述x?y平面的z方向上与所述振动器(11)分离;
    锚固装置(13),其从所述基板(12)延伸到所述振动器(11)所位于的所述x?y平面;
    连接梁装置(14),其将所述锚固装置(13)与所述振动器(11)相连接,所述连接梁能够围绕y方向扭转;
    激励部(50),其沿着z方向使所述振动器(11)振动;以及
    检测部(70),其基于沿着所述振动器(11)的x方向的移位来检测角速度,
    其中,
    所述振动器(11)包括与所述连接梁装置(14)相连接的连接区域(P1),所述连接区域(P1)在所述振动器(11)沿着z方向振动时变成波节。

    2.   根据权利要求1所述的角速度传感器,其中:
    所述振动器(11)包括上下锤(15)、连接到所述连接梁装置(14)的倾斜锤(16)以及将所述倾斜梁(16)连接到所述上下锤(15)的扭转梁(17),所述扭转连接梁能够围绕所述y方向扭转;
    其中:
    左侧和右侧分别称作从中心锤(16a)来看沿着x方向的两侧的一侧和另一侧,所述中心锤(16a)是所述倾斜锤(16)中的一个且位于所述振动器(11)的x方向的中心处;
    单元锤部(18)被定义为包括一个上下锤(15)、紧挨着所述一个上下锤(15)的一个倾斜锤16以及将所述一个上下锤(15)与所述一个倾斜锤(16)相连接的扭转梁(17);
    所述振动器(11)包括:
    在左侧的左单元锤(18a),其包括至少一个单元锤部(18),以及
    在右侧的右单元锤(18b),其包括至少一个单元锤部(18);
    所述左单元锤(18a)的至少一个单元锤部(18)的数量和所述右单元锤(18b)的至少一个单元锤部(18)的数量彼此相等,以使得所述左单元锤(18a)和所述右单元锤(18b)沿着x方向布置且相对于所述振动器(11)的所述中心锤(16a)对称;
    所述激励部(50)以反相分别振动所述左单元锤(18a)和所述右单元锤(18b);并且
    所述检测部(70)基于沿着所述左单元锤(18a)和所述右单元锤(18b)中的每一个的x方向的移位来检测角速度。

    3.   根据权利要求2所述的角速度传感器,其中:
    所述激励部(50)包括:
    第一驱动电极(51)和第二驱动电极(52),所述第一驱动电极(51)和所述第二驱动电极(52)形成在所述基板(12)中,以及
    电压施加部(53),其将驱动电压施加到所述第一驱动电极(51)、所述第二驱动电极(52)以及所述振动器(11);
    所述第一驱动电极(51)和所述第二驱动电极(52)沿着z方向面对所述振动器(11);并且
    所述电压施加部(53)
    将反相的交流电压作为驱动电压施加到所述第一驱动电极(51)和所述第二驱动电极(52),并且
    将恒定电压作为驱动电压施加到所述振动器(11)。

    4.   根据权利要求3所述的角速度传感器,其中:
    沿着x方向布置的所述第一驱动电极(51)中的一个和所述第二驱动电极(52)中的一个沿着z方向面对所述倾斜锤(16)中的一个。

    5.   根据权利要求4所述的角速度传感器,其中:
    面对所述左单元锤(18a)的所述倾斜锤(16)的所述第一驱动电极(51)和面对所述右单元锤(18b)的所述倾斜锤(16)的所述第二驱动电极(52)沿着x方向布置并相对于所述振动器(11)的所述中心锤(16a)对称;并且
    面对所述左单元锤(18a)的所述倾斜锤(16)的所述第二驱动电极(52)和面对所述右单元锤(18b)的所述倾斜锤(16)的所述第一驱动电极(51)沿着x方向布置并相对于所述振动器(11)的所述中心锤(16a)对称。

    6.   根据权利要求5所述的角速度传感器,其中:
    在所述振动器(11)中,所述倾斜锤(16)的沿着z方向面对所述第一驱动电极(51)的面对范围(R1)的形状和所述倾斜锤(16)的沿着z方向面对所述第二驱动电极(52)的面对范围(R2)的形状相对于贯穿方向(L1)各自对称,所述贯穿方向(L1)沿着x方向穿透所述单元锤部(18)中的每一个的中心。

    7.   根据权利要求3至6中任一项所述的角速度传感器,其中:
    所述左单元锤(18a)和所述右单元锤(18b)中的一个的所述上下锤(15)沿着z方向面对所述第一驱动电极(51);并且
    所述左单元锤(18a)和所述右单元锤(18b)中的另一个的所述上下锤(15)沿着z方向面对所述第二驱动电极(52)。

    8.   根据权利要求7所述的角速度传感器,其中:
    所述上下锤(15)的沿着z方向面对所述第一驱动电极(51)的面对范围(R5)的形状和所述上下锤(15)的沿着z方向面对所述第二驱动电极(52)的面对范围(R6)的形状相对于贯穿方向(L1)各自对称,所述贯穿方向(L1)沿着x方向穿透所述单元锤部(18)中的每一个的中心。

    9.   根据权利要求2至6中任一项所述的角速度传感器,其中:
    所述连接梁装置(14)包括围绕所述振动器(11)的主框架部(25)、将所述锚固装置(13)与所述主框架部(25)相连接的第一连接梁(26)以及将所述振动器(11)与所述主框架部(25)相连接的第二连接梁(27);
    所述第一连接梁(26)沿着x方向具有柔性;并且
    所述第二连接梁27具有围绕y方向扭转的特性。

    10.   根据权利要求2至6中任一项所述的角速度传感器,其中:
    所述上下锤(15)包括具有与所述扭转梁(17)相连接的外侧面的第一框架部(19)、位于由所述第一框架部(19)的内侧面围绕的范围中的第二框架部(20)以及将所述第一框架部(19)与所述第二框架部(20)相连接的检测梁(21),所述检测梁沿着x方向具有柔性;并且
    所述检测部(70)包括:
    第一检测电极(71),其形成在所述第二框架部(20)的内侧面中,
    与所述锚固装置(13)相连接的第二检测电极(72),所述第二检测电极(72)在x方向或y方向上面对所述第一检测电极(71),以及
    角速度检测部(73),其基于形成在所述第一检测电极(71)与所述第二检测电极(72)之间的电容器的静电电容的变化来检测角速度。

    11.   根据权利要求1至6中任一项所述的角速度传感器,其中:
    所述基板(12)包括位于面对所述振动器(11)的面对范围中的区域(22),所述区域具有沿着z方向的厚度,所述厚度朝向与所述振动器(11)分离的方向局部凹进。

    12.   根据权利要求1至6中任一项所述的角速度传感器,还包括:
    监控部(90),其观察所述振动器(11)的振动状态。

    说明书

    说明书角速度传感器
    技术领域
    本公开内容涉及包括振动器、用于沿着z方向振动该振动器的激励部以及用于检测沿着振动器的x方向的移位的检测装置。
    背景技术
    【专利文献1】US?2010/0064805A
    专利文献1提出了一种感测框架,其包括基座、沿着第一方向移动的第一轨道和第二轨道以及将第一轨道连接到第二轨道的第一引导臂和第二引导臂。第一引导臂附接到基座的第一锚,以便围绕正交于第一方向的第二方向旋转;第二引导臂附接到基座的第二锚,以便围绕与第二方向平行的第三方向旋转。沿着具有反相的第一方向来获得第一轨道和第二轨道的移动。通过感测由于角速度的施加而导致的轨道的移位来检测角速度。第一方向可应用于基座和第一轨道连接的方向。
    在专利文献1示出的感测框架中,两个轨道与引导臂相连接,并且引导臂附接到锚。该构造造成了在轨道移动时所产生的振动经由引导臂传导至锚。传导至锚的振动被基座反射出,并且所反射出的振动经由锚和引导臂返回到轨道。因此,轨道的移动状态变得不稳定,从而带来降低角速度的检测精度的缺陷。
    发明内容
    本公开内容的目的是提供一种抑制角速度的检测精度下降的角速度传感器。
    为了实现该目的,根据本公开内容的示例,所提供的角速度传感器包括振动器、基板、锚固装置、连接梁装置、激励部以及检测部。该振动器位于由彼此正交的x方向和y方向规定的x?y平面中?;逶谘卮怪庇谒鰔?y平面的z方向上与所述振动器分离。锚固装置从所述基板延伸到所述振动器所位于的所述x?y平面。连接梁装置将所述锚固装置连接到所述振动器,所述连接梁能够围绕所述y方向扭转。激励部沿着所述z方向使所述振动器振动。检测部基于沿着所述振动器的x方向的移位来检测角速度。另外,角速度传感器的特征在于:所述振动器包括与所述连接梁装置相连接的连接区域,并且所述连接区域在所述振动器沿着z方向振动时变成波节。
    根据本公开内容的示例,在振动器中,与连接梁装置相连接的连接区域在振动器沿着z方向振动时用作波节。波节是振动为零且振幅或移位为零的点。因此,在上述构造下,抑制了振动器的振动经由连接梁装置和锚固装置传导到基板。该构造抑制基板反射传导到基板的振动,并还抑制反射的振动返回到振动器。因此,抑制了振动器的振动状态变得不稳定,抑制了角速度的检测精度的降低。
    附图说明
    根据参照附图做出的以下详细描述,本公开内容的以上和其它目的、特征以及优点将变得更加明显。在附图中:
    图1是示出根据第一实施例的角速度传感器的轮廓构造的顶视图;
    图2是示出图1的振动器的驱动状态的剖视图;
    图3是示出角速度的电气线路的框图;
    图4是示出振动器的轮廓构造的顶视图;
    图5是示出振动器的驱动状态的透视图;
    图6是示出在沿着y方向施加角速度时振动器的移位的顶视图;
    图7是示出在沿着x方向施加外力时振动器的移位的顶视图;
    图8是示出振动器的变形示例的顶视图;
    图9是示出图8中的振动器的驱动状态的剖视图;
    图10是示出振动器的变形示例的顶视图;以及
    图11是示出图10中的振动器的驱动状态的剖视图。
    具体实施方式
    以下内容参照附图描述了本公开内容的实施例。
    (第一实施例)
    以下内容将参照图1至图7来说明根据第一实施例的角速度传感器。图1提供了对于振动器11的面对范围R1到R4(稍后描述)的阴影线;面对范围R1到R4面对电极51、52、91、92。图2示出振动器11沿着图1示出的贯穿方向L1的剖视图,同时使用由虚线围绕的范围示出了振动器11的不动状态。图4到图7省略了对于说明振动器11的移动状态而言不必要的组件,以便示意性示出。示意性示出包含了实际上应当不重叠但却重叠的组件。图4至图7均是根据模拟来获得,并与图1至图3的构造稍有不同;然而,它们在基本部分(本公开内容的特征部分)具有相同的构造。
    下文定义了三个轴:x轴、y轴以及z轴;三个轴彼此正交。另外,平行于x轴的方向称作x方向;平行于y轴的方向称作y方向;以及平行于z轴的方向称作z方向。此外,将x?y平面定义为由x方向和y方向规定;将y?z平面定义为由y方向和z方向规定;以及将z?x平面定义为由z方向和x方向规定。
    参照图1至图3,角速度传感器100主要包括传感器部10、激励部50以及检测部70。传感器部10包括由激励部50振动的振动器11。当角速度在振动状态施加到振动器11时,在正交于(i)振动方向的方向和(ii)角速度的施加方向上产生科里奥利力,以在科里奥利力的施加方向上对振动器11进行移位。由检测部70检测振动器11的该移位,从而允许进行角速度的检测或计算。在真空环境下使用根据本实施例的角速度传感器100。
    传感器部10包括以下各项:振动器11、沿着z方向与振动器11分离设置的基板12、包括延伸到振动器11的高度位置的四个主锚的锚固装置13、以及将锚固装置13与振动器11连接的连接梁装置14。振动器11经由连接梁装置14与锚固装置13连接;振动器11看来像是漂浮在基板12上。振动器11如上所述由激励部50来振动,振动器11具有与连接梁装置14相连接的连接区域P1,并且该连接区域P1在振动器11沿着z方向振动时变成波节。
    振动器11包括上下锤15、与连接横梁装置14相连接的倾斜锤16以及将倾斜锤16与上下锤15连接的扭转梁17。振动器11包括位于振动器11的中心(在x方向上)的一个倾斜锤16,其被称作中心锤16a。左侧在本文中被定义为在图中沿着x方向从中心锤16a来看的左侧,右侧在本文中被定义为在图中沿着x方向从中心锤16a来看的右侧。上下锤15的数量和倾斜锤16的数量在左侧和右侧各自相等。将单元锤部18定义为总体包括一个上下锤15、紧挨着一个上下锤15的一个倾斜锤16以及连接在一个上下锤15和一个倾斜锤16之间的扭转梁17。将位于左侧的单元锤部18称作左单元锤18a;将位于右侧的单元锤部18称作右单元锤18a。应当注意,附图省略了附图标记18而示出了附图标记18a和18b。
    在本实施例中,振动器11具有(i)仅有一个单元锤部18的左单元锤18a和(ii)仅有一个右单元锤部18的右单元锤18a。在该振动器11中,左右单元锤18a和18b相对于第一贯穿方向L1(图1中采用一点点化线示出)对称形成,该第一贯穿方向L1沿着x方向穿透单元锤18a和18b中的每一个的中心;左右单元锤18a和18b相对于第二贯穿方向L2(图1中采用二点点化线示出)对称形成,该第二贯穿方向L2沿着y方向穿透中心锤16a的中心。
    上下锤15包括具有与扭转梁17相连接的外侧面的第一框架部19、位于由第一框架部19的内侧面围绕的范围内的第二框架部20以及将第一框架部19与第二框架部20相连接的检测梁21,检测梁21沿着x方向具有柔性。
    第一框架部19包括沿着x方向延伸的两个第一条状物19a和19b以及沿着y方向延伸的两个第二条状物19c和19d。条状物19a至19d在相应的端部处连接,从而形成具有沿着x?y平面的四边形形状的外部轮廓的环路。沿着第一条状物19a和19b中的每一个的y方向的厚度大于沿着第二条状物19c和19d中的每一个的x方向的厚度。第二条状物19d的中心朝向倾斜锤16突出,该中心厚于其它部分。第二条状物19c包括在面对中心锤16a的面上的两个突出体,以便与一个扭转梁17的两个端部相连接。第二条状物19d包括在面对倾斜锤16的面上的两个突出体,以便与两个扭转梁17中的每一个的一个端部相连接。第二条状物19c包括在面对第二框架部20的面上的一个突出体,以便与一个检测梁21的中心相连接。第二条状物19d包括在面对第二框架部20的面上的一个突出体,以便与一个检测梁21的中心相连接。另外,在第二条状物19d中,来自面对倾斜锤16的面的突出体被形成为沿着y方向远离朝向第二框架部20的突出体。
    第二框架部20包括沿着x方向延伸的两个第三条状物20a和20b、沿着y方向延伸的两个第四条状物20c和20d以及沿着x方向延伸的一个第五条状物20e。条状物20a至20d在相应的端部处连接,从而形成具有沿着x?y平面的四边形形状的外轮廓的环路。第五条状物20e将环路的内部等分为两个,从而提供类似于日语汉字“日”的平面形状(类似于在x?y平面沿着y方向布置的两个邻近四边形的形状)。沿着第三条状物20a和20b以及第五条状物20e中的每一个的y方向的厚度小于沿着第四条状物20c和20d中的每一个的x方向的厚度,第五条状物20e的端部分别与第四条状物20c和20d的内侧面的中心相连接。第四条状物20c包括设置在面对第二条状物19c的面的两端部中的每一个处的突出体,以便与一个检测梁21的两个端部中的每一个相连接。第四条状物20d包括设置在面对第二条状物19d的面的两端部中的每一个处的突出体,以便与一个检测梁21的两个端部中的每一个相连接。
    在本实施例中,包括在单元锤部18的倾斜锤16就形状而言不同于位于振动器11的中心的倾斜锤16(中心锤16a),并因此将说明与中心锤16a的不同之处。
    倾斜锤16包括具有沿着x?y平面的凸起以朝向中心锤16a局部凸起的基部16b,以及还从基部16b的凸起的两端部的每一个中突出的突出部16c。两个突出体16c中的每一个包括在面对倾斜锤16的面上的一个突出体,以便与扭转梁17的另一端部相连接,沿着突出部16c的y方向的侧面与第二连接梁27的一个端部相连接,这将在稍后描述。该构造允许沿着x方向的端部远离基部16b的中心锤16a,以用作自由端。
    中心锤16a包括两个翼部16d,每一个均具有沿着x?y平面的凸起,以朝向上下锤局部凸起,并且连接部16e将两个翼部16d彼此连接。两个翼部16d中的每一个包括在面对上下锤16的面上的突出体,以便与扭转梁17的中心相连接;沿着连接部16e的y方向的侧面与第二连接梁27的一个端部相连接,这将在稍后描述。
    扭转梁17具有沿着y方向延伸的形状,其用作轴;扭转梁17可以绕轴扭转。在本实施例中,中心锤16和上下锤15经由一个扭转梁17相连接;倾斜锤16和上下锤15经由两个扭转梁17相连接。连接在中心锤16a和上下锤15之间的扭转梁17的中心与形成在中心锤16a的突出体相连接;扭转梁17的两个端部与形成在上下锤15中的突出体相连接。连接在倾斜锤16和上下锤15之间的扭转梁17的一个端部与形成在上下锤15的突出体相连接,扭转梁17的另一个端部与形成在倾斜锤16的突出体相连接。
    基板12经由(i)锚固装置13和(ii)连接梁装置14来支撑振动器11。参照图2,基板12包括在面对振动器11的面对范围上的凹入部22,凹入部22被设置为使得沿着z方向的厚度在与振动器11分离的方向上局部地凹入。在本实施例中,凹入部22被形成在基板12中的面对上下锤15的面对范围中,以及被形成在基板12中的面对倾斜锤16的自由端的的面对范围中。
    包括四个主锚的锚固装置13使用连接梁装置14将振动器11固定到基板12。如图1所示,锚固装置13的四个主锚形成在由稍后描述的主框架部25围绕的范围的外部。锚固装置13的主锚位于主框架部25的四个角的每一个中,并具有与第一连接梁26的另一端部相连接的突出体,这将在稍后描述。
    此外,具有功能不同于锚固装置13的第一锚23位于由主框架部25围绕的范围中;具有功能不同于锚固装置13的第二锚24位于由第二框架部20围绕的范围中。第一锚23实现支撑主框架部25的功能,而第二锚24实现支撑稍后描述的第二检测电极72的功能。两个第一锚23被设置在中心锤16a和上下锤15之间的两个范围中的每一个中。一个第二锚24设置在通过对第二框架部20分割所形成的四个范围的每一个中。
    连接梁装置14将锚固装置13与振动器11相连接。连接梁装置14包括围绕振动器11的主框架部25、将锚固装置13与主框架部25相连接的第一连接梁26以及将振动器11与框架部相连接的第二连接梁27。根据本实施例的连接梁装置14还包括将主框架部25与第一锚23相连接的第三连接梁28。
    主框架部25包括沿着x方向延伸的两个第六条状物25a和25b以及沿着y方向延伸的两个第七条状物25c和25d。条状物25a至25d在相应的端部处连接,从而形成具有沿着x?y平面的四边形形状的外部轮廓的环路。沿着第六条状物25a和25b中的每一个的y方向的厚度等于沿着第七条状物25c和25d中的每一个的x方向的厚度。另外,第六条状物25a和25b中的每一个的内侧面与两个第二连接梁27的另一端部和两个第三连接梁28的另一端部相连接;第七条状物25c和25d中的每一个的外侧面设置有与两个第一连接梁26的另一端部相连接的两个突出体。
    连接梁26到28沿着y方向延伸而成形。第一连接梁26沿着x方向具有柔性。第二连接梁27和第三连接梁28中的每一个具有作为第二连接梁27和第三连接梁28中的每一个的延伸方向的轴;第二连接梁27和第三连接梁28中的每一个可以绕轴扭转。第一连接梁26的一个端部与形成在第七条状物25c和25d中的每一个的外侧面中的突出体相连接;另一端部与形成在锚固装置13中的突出体相连接。第二连接梁27的一个端部与倾斜锤16的突出部16c的侧面相连接;另一端部与第六条状物25a和25b中的每一个的外侧面相连接。第二连接梁27的一个端部与中心锤16a的连接部16e的侧面相连接,另一端部与第六条状物25a和25b中的每一个的内侧面相连接。第三连接梁28的一个端部与第一锚23相连接;另一端部与第六条状物25a和25b中的每一个的内侧面相连接。
    应当注意,在倾斜锤16(中心锤16a)中,与第二连接梁27相连接的连接区域P1在振动器11振动时与起到倾斜锤16(中心锤16a)中的波节功能的区域相同。另外,梁17、27和28沿着x方向具有柔性,但与第一连接梁26相比,较难于沿着x方向弯曲?;谎灾?,第一连接梁26相比梁17、27和28更易于沿着x方向弯曲。
    激励部50沿着z方向振动振动器11。更具体地,激励部50以反相来振动沿着x方向布置且相对于中心锤16a对称的左单元锤18a和右单元锤18b,从而沿着z方向振动振动器。参照图2和图3,激励部50包括形成在基板12中的第一驱动电极51和第二驱动电极52、以及将驱动电压施加到驱动电极51和52以及振动器11的电压施加部53。第一驱动电极51和第二驱动电极52沿着z方向面对振动器11(即,在z方向上从第一驱动电极51和第二驱动电极52来看振动器11)。电压施加部53具有用于作为驱动电压将反相交流电压施加到第一驱动电极51和第二驱动电极52并将恒定电压施加到振动器11的功能。施加的驱动电压在振动器11与第一驱动电极51之间产生吸引力(排斥力)和在振动器11与第二驱动电极52之间产生排斥力(吸引力)。因此,振动器11沿着z方向振动。
    在本实施例中,如图2所示,沿着x方向布置的一个第一驱动电极51和一个第二驱动电极52沿着z方向面对倾斜锤16。另外,面对左单元锤18a的倾斜锤16的第一驱动电极51和面对右单元锤18b的倾斜锤16的第二驱动电极52沿着x方向布置并相对于中心锤16a对称。与此相反,面对左单元锤18a的倾斜锤16的第二驱动电极52和面对右单元锤18b的倾斜锤16的第一驱动电极52沿着x方向布置并相对于中心锤16a对称。如图1中的阴影线所示,沿着z方向面对第一驱动电极51的倾斜锤16的面对范围R1的形状和沿着z方向面对第二驱动电极52的倾斜锤16的面对范围R2的形状相对于贯穿方向L1各自对称。此外,第三贯穿方向(未图示)沿着y方向穿透连接区域P1,该连接区域P1在倾斜锤16中与第二连接梁27相连接,通过第三贯穿方向的分割形成两个范围。第一面对范围R1位于这两个范围中的一个范围中,而第二面对范围R2位于这两个范围中的剩下的范围中。由此,当根据由第三贯穿方向的分割所形成的一个范围接收排斥力(吸引力),剩余范围接收吸引力(排斥力)。由一个范围接收的排斥力(吸引力)的大小与由剩余范围接收的吸引力(排斥力)的大小相同。
    检测部70基于沿着振动器11的x方向的移位来检测角速度。更具体地,检测部70基于沿着左右单元锤18a和18b中的每一个的x方向的移位来检测角速度。检测部70包括形成在第二框架部20的内侧面中的第一检测电极71、沿着x方向从第二锚24延伸的支撑梁74、形成在支撑梁74并沿着x方向面对第一检测电极71的第二检测电极72以及基于由检测电极71、72组成的电容器的静电电容的变化(沿着振动器11的x方向的移位)来检测角速度的角速度检测部73。
    如图1中所示,第一检测电极71具有从(i)第三条状物20a和20b的内侧面和(ii)第五条状物20e的侧面沿着y方向延伸的形状,第二检测电极72具有从支撑梁74的侧面沿着y方向延伸的形状。第一检测电极71和第二检测电极72彼此咬合,并沿着x方向相互面对,从而形成双栉形电极。第一检测电极71根据第二框架部20相对第二检测电极72来移位,这将改变电容器的静电电容。
    角速度检测部73基于在右电容器的静电电容与左电容器的静电电容之间的差来检测角速度,左电容器由形成在左单元锤18a的上下锤15中的第一检测电极71组成,而右电容器由形成在右单元锤18b的上下锤15中的第一检测电极71组成。
    根据本实施例的角速度传感器100具有观察振动器11的振动状态的监控部90。监控部90包括第一监控电极91和第二监控电极92以及确定部93,该第一监控电极91和第二监控电极92形成在基板12中以沿着z方向面对振动器11,该确定部93基于由于振动器11的变化而导致的第一监控电极91和第二监控电极92中的每一个的电位波动来确定振动器11的振动状态。在本实施例中,第一监控电极91沿着z方向面对紧挨着左单元锤18a的翼部16d;第二监控电极92沿着z方向面对紧挨着右单元锤18b的翼部16d。另外,在本实施例中,如图1中的阴影线所示,翼部16d的沿着z方向面对第一监控电极91的面对范围R3的形状和翼部16d的沿着z方向面对第二监控电极92的的面对范围R4的形状相对于第一贯穿方向L1各自对称。第三面对范围R3的面积和第四面对范围R4的面积相等。
    下文将参照图2、图4至图7来说明根据本实施例的角速度传感器100的操作和角速度的检测。如图4所示,在将驱动电压施加到振动器11之前,振动器11处于沿着x?y平面平展的状态。
    如上所说明,面对左单元锤18a的倾斜锤16的第一驱动电极51和面对右单元锤18b的倾斜锤16的第二驱动电极52沿着x方向布置且相对于中心锤16a对称。相比之下,面对左单元锤18a的倾斜锤16的第二驱动电极52和面对右单元锤18b的倾斜锤16的第一驱动电极51沿着x方向布置且相对于中心锤16a对称。因此,在将反相交流电压施加到第一驱动电极51和第二驱动电极52且将固定电压施加到振动器11时,静电力被沿着z方向在相反方向上施加到左单元锤18a和右单元锤18b的对称位置。随后,梁17、27和28将它们延伸的方向(y方向)作为轴的方向,并围绕轴扭转;倾斜锤16和中心锤16a沿着以与第二连接梁27相连接的连接区域P1为中心的y?z平面以跷跷板的形状移动。因此,左单元锤18a和右单元锤18b沿着z方向在相反方向上进行耦合振荡。如图2和图5所示,当左单元锤18a的上下锤15在接近基板12的方向上移位时,右单元锤18b的上下锤15在远离基板12而分离的方向上移位。尽管未示出,相反,当左单元锤18a的上下锤15在远离基板12而分离的方向上移位时,右单元锤18b的上下锤15在接近基板12的方向上移位。在这种情况下,上下锤15并未沿着z?x平面旋转,而沿着z方向振动,同时沿着z方向保持与基板12的恒定的面对面积。
    当在上述振动状态中沿着y方向施加角速度时,在振动器11中出现沿着x方向的科里奥利力,从而沿着x方向使振动器11(第二框架部20)移位。因此,在检测电极71和72之间的相对距离发生改变,并且在检测电极71和72之间的静电电容也发生改变。如上所述,左单元锤18a和右单元锤18b沿着z方向移位到彼此相反的方向。因此,左单元锤18a和右单元锤18b在彼此相反的施加方向上接收到科里奥利力。如图6所示,检测梁21沿着x方向弯曲,单元锤18a和18b的第二框架部20沿着x方向在彼此相反的方向上移位。作为结果,包括在左电容器中的第一检测电极71和包括在右电容器中的第一检测电极71也沿着x方向在相反的方向上移位。左电容器和右电容器的静电电容也发生相反地变化。因此,通过获得左电容器与右电容器的相应电容变化之间的差来检测科里奥利力(角速度)。
    应当注意,当诸如加速度的外力沿着x方向施加到振动器11时,上下锤15的第二框架部20也根据外力来移动。因此,检测电极71和72之间的相对距离发生改变,并且检测电极71和72之间的静电电容也发生改变。然而,如图7所示,外力以相同的方向对单元锤18a和18b的第二框架部20进行移位。因此,包括在左电容器中的第一检测电极71和包括在右电容器中的第一检测电极71以相同的方向移位,同时在左单元锤18a和右单元锤18b这两者中,检测电极71和72之间的相对距离的变化是相同的。因此,如上所述,通过获得左电容器和右电容器的电容变化的差来抵消由于外力而导致的电容变化。
    下文将说明根据本实施例的角速度传感器100的效果。如上说明,在振动器11中,与连接梁装置14相连接的连接区域P1在振动器11沿着z方向振动时变为波节。波节是振动为零且振幅为零的点。因此,根据上述构造,抑制了振动器11的振动经由连接梁装置14和锚固装置13传导到基板12。因此,抑制了传导到基板12的振动被基板12反射并随后返回到振动器11。作为结果,抑制了振动器11的振动状态变得不稳定,并抑制了角速度的检测精度的降低。
    振动器11包括相对于中心锤16a对称的左单元锤18a和右单元锤18b。激励部50以反相来振动沿着x方向布置且相对于中心锤16a对称的左单元锤18a和右单元锤18b;由此检测部70基于沿着单元锤18a和18b中的每一个的x方向的移位来检测角速度。
    在这种构造下,当沿着y方向施加角速度时,左单元锤18a和右单元锤18b沿着x方向在相反方向上移动。相比之下,当沿着x方向施加外力时,左单元锤18a和右单元锤18b在施加外力的方向上移动。因此,如果检测左单元锤18a的移位与右单元锤18b的移位之间的差,则可检测到角速度,同时抵消了外力的影响。这抑制了由于外力而导致的角速度的检测精度的下降。
    在振动器11中,第一面对范围R1的形状和第二面对范围R2的形状相对于第一贯穿方向L1对称。
    该构造不同于第一面对范围的形状和第二面对范围的形状相对于第一贯穿方向不对称的构造,由此抑制了振动器11沿y?z平面移动。因此,抑制了振动器11的振动状态变得不稳定,并抑制了角速度的检测精度的降低。
    连接梁装置14包括在振动器11周围的主框架部25、将锚固装置13与框架部相连接的第一连接梁26以及将振动器11与主框架部25相连接的第二连接梁27。第一连接梁26沿着x方向具有柔性。
    在这种构造下,在沿着x方向施加外力时,第一连接梁26弯曲,由于弯曲减小了施加到振动器11的应力。因此,抑制了由于外力而导致的振动器11的移位,并且抑制了角速度的检测精度的下降。
    根据本实施例,第一连接梁26比梁17、27和28更易于沿着x方向弯曲。因此,相比于第一连接梁并不比其它梁易于沿着x方向弯曲的构造而言,在沿着x方向施加外力时,由于第一连接梁26的弯曲有效地减小了施加到振动器11的应力。
    上下锤15包括具有与扭转梁17相连接的外侧部的第一框架部19、位于由第一框架部19的内侧面围绕的范围中的第二框架部20以及将第一框架部19与第二框架部20相连接并沿着x方向具有柔性的检测梁21。另外,检测部70包括形成在第二框架部20的内侧面中的第一检测电极71、沿着x方向从第二锚24延伸的支撑梁74、形成在支撑梁74中的第二检测电极72、以及基于电容器的静电电容的变化(在振动器11的x方向上的移位)来检测角速度的角速度检测部73,其中该电容器由彼此沿着x方向面对的检测电极71、72来组成。
    在这种构造下,采用用作边界的检测梁21将在第一框架部19的z方向上的振动和在第二框架部20的x方向上的移动彼此分离开,从而抑制了由于第一框架部19的振动而导致第二框架部20的移动的变化。该构造抑制了在第一检测电极71和第二检测电极72之间由于第一框架部19的振动而导致的面对面积和面对间隙的变化,并且也抑制了在第一检测电极71和第二检测电极72之间形成的电容器的静电电容的变化的改变,即,沿着振动器11的x方向的移位。因此,抑制了由于第一框架部19的振动而导致角速度的检测精度的下降。
    基板12在面对振动器11的面对范围上包括凹入部22;该凹入部22设置成使得沿着z方向的厚度在与振动器11的分离方向上局部凹入。
    该构造在振动器11沿着z方向振动时,将抑制振动器11与基板12碰撞。此外,不同于本实施例在真空环境下使用角速度传感器100,当在空气环境下使用角速度传感器100时,将抑制在振动器11与基板12之间出现阻尼。因此,抑制了振动器11的振动状态变得不稳定,并抑制了角速度的检测精度的降低。
    设置监控部90以观察振动器11的振动状态。这允许观察振动器11的振动状态。
    根据本实施例的连接梁装置14还包括将主框架部25与第一锚23相连接的第三连接梁28。
    这与第三连接梁28一起支撑主框架部25,因此抑制了主框架部25由于施加外力而导致的振动。因此,抑制了振动器11的振动状态变得不稳定,并抑制了角速度的检测精度降低。
    在根据本实施例的振动器11中,左单元锤18a具有单个单元锤部18;右单元锤18b具有单个单元锤部18。相比于多于一个左单元锤部和多个一个右单元锤部的构造而言,该构造抑制角速度传感器100的体型的增大。另外,由于主框架部25的长度变得更短,因此主框架部25的共振频率变得更短。这将抑制主框架部25由于施加外力而导致的振动,并且抑制了振动器11的振动状态变得不稳定。因此,抑制了角速度的检测精度的降低。
    因此描述了本公开内容的优选实施例,然而,并不限制于上述实施例,只要不背离本公开内容的范围,本公开内容可以进行各种变形。
    (变形)
    在本实施例中,作为示例,沿着x方向布置的一个第一驱动电极51和一个第二驱动电极52沿着z方向面对倾斜锤16。在无需限制于此的情况下,如图8和图9所示,左单元锤18a的上下锤15可以沿着z方向面对第一驱动电极51;右单元锤18b的上下锤15可以沿着z方向面对第二驱动电极52。该构造允许左单元锤18a和右单元锤18b以反相来振动,从而沿着z方向振动振动器11。
    在上述变形示例中,如图8所示,上下锤15的沿着z方向面对第一驱动电极51的面对范围R5的形状和上下锤15的沿着z方向面对第二驱动电极52的面对范围R6的形状相对于第一贯穿方向各自对称。不同于第五面对范围R5的形状和第六面对范围R6的形状相对于第一贯穿方向不对称的构造,抑制了振动器11沿着y?z平面移动。因此,抑制了振动器11的振动状态变得不稳定,并抑制角速度的检测精度的下降。尽管未示出,左单元锤18a的上下锤15可以沿着z方向来面对第二驱动电极52;右单元锤18b的上下锤15可以沿着z方向来面对第一驱动电极51。
    在本实施例中,作为示例,在振动器11中,左单元锤18a具有一个单元锤部18,并且右单元锤18b具有一个单元锤部18。然而,包括在振动器11中的单元锤部18的数量不限于上述示例。如图10和图11所示,在振动器11中,左单元锤18a可以包括两个单元锤部18,并且右单元锤18b可以包括两个单元锤部18。以这种方式,随着左单元锤18a和右单元锤18b中的每一个中的单元锤部18的数量增加,电容器的数量也增加,从而提高了角速度的检测精度。在变形示例的情况下,以从中心锤16a向左地顺序分配编号,诸如第一左单元锤部18a和第二左单元锤部18a;以从中心锤16a向右地顺序分配编号,诸如第一右单元锤部18b和第二右单元锤部18b。第一左单元锤部18a的倾斜锤16和第一右单元锤部18b的倾斜锤16具有与中心锤16a的形状相同的形状。另外,第二左单元锤部18a的倾斜锤16和第二右单元锤部18b的倾斜锤16具有与第一实施例中描述的倾斜锤16的形状相同的形状。以这种方式,单元锤18a和18b的距中心锤16a最远的相应的倾斜锤16具有与第一实施例中描述的倾斜锤16的形状相同的形状;单元锤18a和18b的其它倾斜锤16具有与中心锤16a的形状相同的形状。为了清楚显示包括在图10中的左右单元锤18a和18b中的单元锤部的边界线,通过采用虚线围绕示出了第一左单元锤部18a和第一右单元锤部18b;通过采用一点点划线围绕示出了第二左单元锤部18a和第二右单元锤部18b。
    在本实施例中,作为示例,振动器11相对于第一贯穿方向L1对称且相对于第二贯穿方向L2对称。无需限制于此。只要振动器11沿着z方向振动,同时在振动器11沿着z方向振动时包括与连接梁11相连接的连接区域P1变成波节,就可以采用任何形状的振动器11。
    本实施例示出了凹入部22形成在基板12中的示例。然而,可以不设置凹入部22。
    在本实施例中,作为示例,第一面对范围R1位于通过由第三贯穿方向分割而形成的一个范围中;第二面对范围R2位于剩余的范围中。无需限制于此。如果倾斜锤16通过使用作为波节的连接区域P1沿着z方向以跷跷板的形状移动,则面对范围R1和R2可不限于上述示例。总之,可以按照需要而采用将排斥力(吸引力)施加到倾斜锤16的一个范围同时将吸引力(排斥力)施加到剩余范围的构造。
    本实施例示出监控电极91和92面对中心锤16a的示例。然而,监控电极91和92可以面对包括在单元锤部18中的倾斜锤16。在该情况下,第一监控电极91可以位于通过由第三贯穿方向分割而形成的一个范围中;第二监控电极92可以位于剩余的范围。
    另外,本实施例示出了第三面对范围R3的形状和第四面对范围R4的形状相对于第一贯穿方向L1对称的示例。然而,第三面对范围R3的形状和第四面对范围R4的形状可以相对于第一贯穿方向L1不对称。因此,第三面对范围R3的面积和第四面对范围R4的面积可以不相等。
    本实施例并未说明振动器11的振幅。例如,沿着振动器11的z方向的振动的振幅可以是沿着振动器11的z方向的厚度的大约十分之一。
    在以下各项中阐述本文中描述的本公开内容的各方面。
    根据本公开内容的第一方面,角速度传感器的特征包括:振动器11,其位于由彼此正交的x方向和y方向规定的x?y平面中;基板12,其沿着正交于x?y平面的z方向与振动器11分离;锚固装置13,其从基板12延伸到振动器11所位于的x?y平面;连接梁装置14,其将锚固装置13连接到振动器11,该连接梁能够围绕y方向扭转;激励部50,其沿着z方向使振动器11振动;以及检测部70,其基于沿着振动器11的x方向的移位来检测角速度。另外,角速度传感器的特征在于,振动器11包括与连接梁装置14相连接的连接区域P1,并且在振动器11沿着z方向振动时连接区域P1变成波节。
    根据作为可选的第二方面,振动器111可以包括上下锤15、连接到连接梁装置14的倾斜锤16以及将倾斜锤16连接到上下锤15的扭转梁17,该扭转连接梁能够围绕y方向扭转。左侧和右侧可以分别称作从中心锤16a来看沿着x方向的两侧的一侧和另一侧,中心锤16a是倾斜锤16中的一个并位于振动器11的x方向上的中心。单元锤部18可以被定位为包括一个上下锤15、紧挨着一个上下锤15的一个倾斜锤16以及将一个上下锤15与一个倾斜锤16相连接的扭转梁17。振动器11可以包括(i)在左侧的左单元锤18a和(ii)在右侧的右单元锤18b,该左单元锤18a包括至少一个单元锤部18,该右单元锤18b包括至少一个单元锤部18。左单元锤18a的至少一个单元锤部18的数量和右单元锤18b的至少一个单元锤部18的数量彼此相等,以使得左单元锤18a和右单元锤18b沿着x方向布置且相对于振动器11的中心锤16a对称。激励部50可以以反相分别振动左单元锤18a和右单元锤18b。检测部70可以基于沿着左单元锤18a和右单元锤18b中的每一个的x方向的移位来检测角速度。
    在这种构造下,在沿着y方向施加角速度时,位于左侧的左单元锤18a和位于右侧的右单元锤18b沿着x方向向相反方向移动。相反,当沿着x方向施加外力时,左单元锤18a和右单元锤18b向外力的施加方向移动。因此,如果检测到左单元锤18a的移位与右单元锤18b的移位之间的差,则可检测到角速度,同时抵消了外力的影响。由此,抑制了由于外力而导致的角速度的检测精度的下降。
    根据可选的第三方面,激励部50可以包括(i)形成在基板12中的第一驱动电极51和第二驱动电极52以及(ii)将驱动电压施加到第一驱动电极51、第二驱动电极52以及振动器11的电压施加部53。第一驱动电极51和第二驱动电极52可以沿着z方向面对振动器11。电压施加部53可以将反相的交流电压作为驱动电压施加到第一驱动电极51和第二驱动电极52,且将恒定电压作为驱动电压的施加到振动器11。
    当在振动器11与第一驱动电极51之间出现吸引力排斥力时,在振动器11与第二驱动电极52之间出现排斥力吸引力。由此,振动器11沿着z方向振动。
    根据可选的第四方面,可以将一个第一驱动电极51和一个第二驱动电极52沿着x方向布置,并沿着z方向面对倾斜锤16。根据此,倾斜锤16沿着z方向以定位在与连接梁装置14相连接的连接区域P1的中心进行振动,振动器11沿着z方向振动。
    根据可选的第五方面,面对左单元锤18a的倾斜锤16的第一驱动电极51和面对右单元锤18b的倾斜锤16的第二驱动电极52可以沿着x方向布置且相对于振动器11的中心锤16a对称;并且面对左单元锤18a的倾斜锤16的第二驱动电极52和面对右单元锤18b的倾斜锤16的第一驱动电极51可以沿着x方向布置且相对于振动器11的中心锤16a对称。
    在这种构造下,沿着x方向布置且相对于位于振动器11的中心的中心锤16a对称的左单元锤18a和右单元锤18b以反相来振动。因此,振动器沿着z方向振动。
    根据可选的第六方面,在振动器11中,倾斜锤16的沿着z方向面对第一驱动电极51的面对范围R1的形状和倾斜锤16的沿着z方向面对第二驱动电极52的面对范围R2的形状中的每一个相对于贯穿方向L1各自对称,该贯穿方向L1沿着x方向穿透单元锤部18中的每一个的中心。
    该构造不同于倾斜锤沿着z方向面对第一驱动电极的面对范围R1的形状和倾斜锤沿着z方向面对第二驱动电极的面对范围R2的形状相对于贯穿方向L1各自均不对称的构造,该贯穿方向L1沿着x方向穿透单元锤部18中的每一个的中心。因此,抑制了振动器11在由y方向和z方向规定的y?z平面中移动。作为结果,抑制了振动器11的振动状态变得不稳定,并且抑制了角速度的检测精度的降低。
    根据可选的第七方面,左单元锤18a的上下锤15可以沿着z方向面对第一驱动电极51;右单元锤18b的上下锤15可以沿着z方向面对第二驱动电极52。
    在这种构造下,沿着x方向布置且相对于位于振动器11的中心的中心锤16a对称的左单元锤18a和右单元锤18b以反相来振动。因此,振动器沿着z方向振动。
    根据可选的第八方面,上下锤15的沿着z方向面对第一驱动电极51的面对范围R5的形状和上下锤15的沿着z方向面对第二驱动电极52的面对范围R6的形状相对于贯穿方向L1各自对称,该贯穿方向L1沿着x方向穿透单元锤部18中的每一个的中心。
    该构造不同于上下锤沿着z方向面对第一驱动电极的面对范围R5的形状和上下锤沿着z方向面对第二驱动电极的面对范围R6的形状相对于贯穿方向L1各自均不对称的构造,该贯穿方向L1沿着x方向穿透单元锤部中的每一个的中心。因此,抑制振动器11在y?z平面中移动。作为结果,抑制了振动器11的振动状态变得不稳定,并且抑制了角速度的检测精度的降低。
    根据可选的第九方面,连接梁装置14可以包括围绕振动器11的主框架部25、将锚固装置13与主框架部25相连接的第一连接梁26以及将振动器11与框架部相连接的第二连接梁27。第一连接梁26可以沿着x方向具有柔性;第二连接梁27可以具有围绕y方向扭转的特性。
    在这种构造下,当沿着x方向施加外力时第一连接梁26弯曲。第一连接梁26的弯曲减小了施加到振动器11的应力。作为结果,抑制了由于外力而导致振动器11的移位,并且抑制了角速度的检测精度的下降。
    根据可选的第十方面,上下锤15可以包括(i)具有与扭转梁17相连接的外侧面的第一框架部19、(ii)位于由第一框架部19的内侧面围绕的范围中的第二框架部20以及(iii)将第一框架部19与第二框架部20相连接的检测梁21,该检测梁21沿着x方向具有柔性。检测部70可以包括(i)形成在第二框架部20的内侧面中的第一检测电极71、(ii)与锚固装置13相连接且在x方向或y方向上面对第一检测电极71的第二检测电极72以及(iii)角速度检测部73,该角速度检测部73基于形成在第一检测电极71和第二检测电极72之间的电容器的静电电容的变化来检测角速度。
    在这种构造下,采用用作边界的检测梁21将在沿着第一框架部19的z方向上的振动和沿着第二框架部20的x方向上的移动彼此分离,从而抑制了由于第一框架部19的振动而导致在第二框架部20的移动上的变化。面对面积和面对间隙形成在第一检测电极71与第二检测电极72之间。面对面积和面对间隙由于第一框架部19的振动而经受改变。上述构造抑制了面对面积和面对间隙中这样的改变,并还抑制了在第一检测电极71与第二检测电极72之间形成的电容器的静电电容的变化的改变,即,沿着振动器11的x方向的移位。作为结果,抑制了由于第一框架部19的振动而导致的角速度的检测精度的下降。
    根据可选的第十一方面,基板12可以包括位于面对振动器11的面对范围中的区域22。区域22可以具有朝向与振动器11分离的方向局部凹进的z方向的厚度。该构造在振动器11沿着z方向振动时,将抑制振动器11与基板12发生碰撞。此外,当在空气环境下使用角速度传感器100时,将抑制在振动器11与基板12之间出现阻尼。因此,抑制了振动器11的振动状态变得不稳定,并抑制了角速度的检测精度的降低。
    根据可选的第十二方面,还设置监控部90以观察振动器11的振动状态。这允许观察振动器11的振动状态。
    尽管已参照本公开内容的优选实施例描述了本公开内容,然而,应当理解,本公开内容不限于优选实施例和构造。本公开内容旨在覆盖各种变形和等价布置。另外,尽管优选了各种组合和构造,然而包括更多、更少或仅单个元件的其它组合和构造也均在本公开内容的精神和范围内。

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    本文标题:角速度传感器.pdf
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