CN102334011B - 用于测定绕x轴和/或y轴及z轴的旋转运动的微陀螺 - Google Patents

Abstract

一种用于测定绕一x轴和/或y轴及z轴的旋转运动的微陀螺，其具有一衬底、多个振荡质量块（4，5）、多个用于将所述振荡质量块（4，5）固定在所述衬底上的弹簧、多个驱动元件和多个感测元件，所述驱动元件用于使所述质量块（4，5）中的至少个别质量块在x-y平面内发生振摆，以便在所述衬底旋转时产生科氏力，所述感测元件用于检测所述质量块（4，5）被所产生的科氏力引发的偏斜。所述质量块（4，5）中的至少个别质量块分两组布置。所述两组质量块（4，5）都能在所述驱动元件的作用在所述x轴和y轴所定义的平面内共同做振荡初级运动。所述第一组质量块（4）在所述衬底上的布置方式使其可以做偏离所述x-y平面的运动。所述第二组质量块（5）在所述衬底上的布置方式使其可以做与所述x-y平面内的振荡初级运动相垂直的运动。

Description

用于测定绕x轴和/或y轴及z轴的旋转运动的微陀螺

技术领域

本发明涉及一种用于测定绕x轴和/或y轴及z轴的旋转运动的微陀螺，所述微陀螺尤其实施为三维传感器，包括衬底、多个振荡质量块、多个用于将所述振荡质量块固定在所述衬底上的弹簧、多个驱动元件和多个感测元件，所述驱动元件用于使所述质量块中的至少个别质量块在x-y平面内发生振摆，以便在所述衬底旋转时产生科氏力，所述感测元件用于检测所述质量块被所产生的科氏力引发的偏斜。

背景技术

微机电（MEMS）陀螺仪通常用于测定围绕x-y-z坐标系中某一轴线的旋转运动。因此，如果要测定系统绕每个轴线的旋转运动，就需要使用三个这样的微陀螺。从控制或数据分析角度看，这种做法不但成本高，也很费力。

为创造出一种能测定三个轴线上的旋转运动的三维陀螺，D. Wood等人在1996年的论文“能同时感测三轴的单片硅微陀螺（A monolithic silicone gyroscope capable of sensing about three axes simultaneously）”中提出了一种陀螺，这种陀螺具有多个呈环形围绕中央锚件布置的振荡质量块，能够测定科氏力所引发的倾斜运动与旋转运动。缺点是，这种传感器的制造以及对受驱质量块的驱动都很难，或者是无法实现。因此，D. Wood等人的方案只是理论性的。

Nan-Chyuan Tsai在其“一种抗耦合效应的创新微陀螺的设计与动力学原理（Design and dynamics of an innovative micro-gyroscope against coupling effects）”一文中也提出了一种三维陀螺。其缺点是设置了内侧板件、外侧环形件和四个受驱质量块。在两个正交的旋转方向上刚度较小的要求弹簧结构容易受公差影响，且很难实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种可用合理成本制成且能避免上述问题的高检测精度三维微陀螺。

本发明用来达成上述目的的解决方案为一种具有如权利要求1所述特征的微陀螺。

本发明的微陀螺具有衬底、多个借助弹簧固定在该衬底上的振荡质量块、多个驱动元件以及多个感测元件。至少部分振荡质量块分两组布置，其中，两组质量块都能在所述驱动元件的作用下在x轴和y轴所定义的平面内共同做振荡初级运动。第一组质量块在衬底上的布置方式使其可以做偏离x-y平面的运动。第二组质量块在衬底上的布置方式使其可以做与x-y平面内的振荡初级运动相垂直的运动。也即，所述质量块按其功能分成两组，其中，第一组质量块在衬底旋转时所产生的科氏力的作用下做偏离x-y平面的运动。实现这一点的前提是衬底或陀螺围绕x轴或y轴旋转。衬底做这种旋转运动的结果是产生一个使第一组质量块偏离x-y平面的科氏力。第一组质量块会根据其具体安装方式相应绕x轴和/或y轴倾斜或旋转。如果采用其他类型的悬挂安装，这些质量块还有可能在z向上做平移运动。第二组质量块会对衬底或陀螺围绕z轴的旋转运动以及由此而产生的科氏力产生反应，其次级运动则是在x轴和y轴所定义的平面内运动。根据第二组质量块具体所采用的悬挂安装方式，这一运动同样可以是围绕z轴的旋转运动，或者引起x-y平面内的平移运动。

本发明的微陀螺设计的优点在于，各个质量块按相应的次级运动进行了划分，这些次级运动是作为对科氏力的反应而需要加以测量的。通过对质量块进行划分，用于固定质量块的弹簧设计起来就相当方便。本发明的实施方案不必进行运动的叠加，所谓运动叠加是指质量块既沿径向运动，又绕平面内的某一旋转轴运动，同时还绕z轴运动，这在三维微型回转式传感器的其他实施方式中是公知的。不需要设置同时在一个以上的旋转方向或弯曲方向上具有精确规定弹性的弹簧。能避免各运动方向之间的耦合以及由此引发的交叉耦合误差。各质量块可以采用较小的科氏力就能对其产生作用的安装方式。借此能提高传感器对旋转运动的反应速度及精确度。

两组质量块优选都能沿径向朝所述衬底的中心运动，以实现振荡初级运动。这样可减小传感器的体积。还可以不失衡的方式激发各质量块做初级运动。运动以及运动过程中所产生的力和转矩会相互平衡，这样一来，初级运动就不会产生会使测量结果失真的非期望次级运动。

根据本发明的优选实施方案，所述第一组和第二组质量块在径向上刚性相连，在切向上弹性相连，以实现同步化的振荡初级运动。这种连接可以借助布置在第一组和第二组质量块之间的同步弹簧来建立。这些同步弹簧可以使各质量块得到均匀的脉冲式驱动，特别是当这些质量块沿径向相对于传感器中心做往返振荡运动时。这样基本上能避免各受驱质量块出现相偏移。在此情况下，系统将同步工作，而且也不会产生不想要的力或转矩。

根据本发明特别优选的实施方案，所述第一组质量块是两对质量块，其中一对布置在x轴上，第二对布置在y轴上。这样也能形成平衡系统，就所产生的次级运动而言，这个系统非常易于分析。衬底绕x轴或y轴的旋转运动所产生的科氏力会在正反z向上产生力，进而产生倾斜力矩，相应引发质量块对围绕y轴或x轴做次级运动，因此，布置在相应质量块上的感测元件能够很方便地检测到这些质量块的次级运动。根据这些感测元件的电信号可以推断出衬底绕x轴或y轴的旋转运动。

如果第二组由至少两个质量块或者优选由数倍于两个的质量块构成，也能确保系统不会因初级运动或次级运动而产生会使测量结果失真的转矩。

根据一种特别优选的布置方案，所述第二组质量块位于所述第一组质量块之间，且特定而言彼此成90°布置。其中，第一组质量块优选布置在x轴或y轴上，第二组质量块则偏斜45°地位于x轴和y轴之间。衬底绕x轴或y轴旋转所产生的科氏力优选同样会引起x轴或y轴上的第一组质量块绕y轴或x轴做倾斜运动，而衬底绕z轴的旋转则会产生垂直于径向初级运动的科氏力，这部分科氏力会对第二组质量块产生作用。根据具体采用的实施方案，这些科氏力可转化为第二组质量块绕z轴的旋转运动或者平面内与径向运动相垂直的运动，并且可以被检测到。分配给各质量块的感测元件可以很方便地单独测定所产生的科氏力及其所引起的相应质量块的偏斜。这样就不必让各元件做需用计算方式加以分离的叠加运动，也不必为各质量块采用复杂的悬挂安装方式。

所述第一组质量块优选在x向和/或y向上柔性布置在内框架和/或外框架上。这样一来，第一组质量块不仅得到了稳定的悬挂安装，同时还能以规定方式进行运动。特别是对于第一组质量块的驱动（根据本发明，优选沿x向或y向进行这一驱动）而言，第一组质量块相应柔性固定在内、外框架上可以使这种初级运动特别容易实现。用来将第一组质量块安装在内、外框架上的弹簧可以采用非常简单的实施方式，因为它们只需在一个方向上具有柔性，在其他方向上则是刚性的。

如果第一组质量块沿径向柔性地布置在刚性的支臂或辅助杆上，第一组质量块的固定就会变得特别容易。借助该支臂或辅助杆例如可与所述内框架或外框架建立连接。这种情况下可以对第一组质量块的质量和形状进行相应设计，使其可以最佳方式整合到传感器内。

根据本发明的优选实施方案，如果所述内框架布置在一个或多个大体位于中央的锚件上，就可将固定在该内框架上的第一组质量块的径向柔性与旋转运动去耦合，所述内框架会在该旋转运动的作用下做相对于中央锚件的运动。这样一来，各弹簧就很容易实施，因为用于第一组质量块的弹簧只需在一个方向上具有柔性，而将内框架固定在中央锚件上的弹簧也只需要在一个方向上采用柔性设计。弹簧采用如此明确的设计后，其性能没有冲突，也只要求在一个方向上具有柔性，就可以产生明确的无交叉耦合效应的运动。这样可以明确测定用于检测各元件或质量块系统的运动的感测元件的测量结果并予以相应分析。

如果所述内框架和/或外框架为了能让第一组质量块绕x轴或y轴做倾斜运动，而借助万向架安装在一个或多个锚件上，固定在框架上的质量块对就会在科氏力作用下，既能绕y轴偏斜，又能绕x轴偏斜。这样也能将各运动方向去耦合，从而简化分析，提高分析精度。

根据本发明的优选实施方案，如果用来安装内、外框架的万向架围绕相同的倾斜轴是柔性的，但相对于线性运动基本上是不可动的，就可对次级运动进行特别精确的分析。由此所产生的系统明确只允许在一个旋转方向上进行运动。这样就能避免会与旋转运动发生叠加、从而妨碍分析工作甚至使分析结果失真的线性运动。

为能测定所述陀螺绕z轴的旋转运动，所述第二组质量块中的至少部分质量块优选以一种可绕z轴旋转或者可垂直于沿径向布置的第二组质量块偏斜的方式进行安装。这样就能对科氏力所引发的结果以及第二组质量块围绕z轴的运动或在平移方向上与沿径向布置的第二组质量块相垂直的运动进行分析。相应布置的感测元件测定第二组质量块的次级运动并产生一个与陀螺衬底的旋转运动成比例的电信号。

根据所述微陀螺的一种特别优选的实施方案，所述第二组质量块具有一个抑制次级运动的振荡框架，该框架与子质量块连接，框架的初级运动传递到子质量块上，除此之外，子质量块还能进行次级运动。这样也能将各运动方向去耦合。第二组质量块的初级运动要求框架在驱动方向上柔性地悬挂安装在衬底上，在其他方向上则采用大体刚性的悬挂安装。

根据本发明的优选实施方案，如果所述子质量块在所述振荡框架上的固定方式使其可以做与框架的振荡运动相垂直的偏斜运动，则次级运动只能传递到子质量块上。这样一来，子质量块垂直于振荡驱动运动的运动检测和分析起来就相当容易。也可以将框架和子质量块的弹性悬挂安装设计得比较简单。用来将框架和子质量块固定在相应的上级部件上的弹簧只需在一个方向上具有柔性。在其他方向上可以采用刚性设计。这些弹簧在自由度方面的设计由此而变得简单、明确。

用于检测第一组振荡质量块的偏斜的第一感测元件优选布置在振荡质量块下方。这些感测元件例如是水平布置且能在各平板间距离发生变化时产生可变电信号的平板电容器。借此检测第一组振荡质量块的偏斜，进而推断出微陀螺相应的旋转运动。当然也可以使用其他类型的感测元件。例如，水平布置的电极也能产生与第一组振荡质量块的偏斜有关的相应信号。

为检测第二组质量块或子质量块的偏斜，优选设置用于检测质量块或子质量块的这种运动的第二感测元件。这些感测元件优选也像第一组质量块那样进行划分。一部分感测元件固定地布置在衬底上，另一部分则安装在可动的质量块上。这两部分感测元件做相对运动时会产生一个与质量块运动有关的可变电信号。

为驱动第一组和第二组振荡质量块，优选设置电极，特别是叉形电极对。在这些电极上施加交流电压后，质量块将会沿径向交替地朝中央悬架运动和远离中央悬架运动，由此实现振荡运动。

下面将要说明的是所述微陀螺的一种特别优选的实施方案。

所述中央悬架以可绕两个倾斜轴运动的方式安装在中央锚件上，所述中央悬架上优选安装有两组振荡质量块，且其安装方式使得这些质量块受到激发后可以共同和同步地做径向初级运动，第一组振荡质量块的至少两个成对布置的子质量块通过围绕平面内的轴线的倾斜运动对传感器围绕平面内的轴线的旋转产生反应，第二组质量块或第二组质量块中的部分质量块可以做垂直于径向偏斜的运动，作为对绕z轴旋转所产生的科氏力的反应。

最简单同时也是优选方案的是，第一组质量块由四个彼此成90°布置的板段构成，其中每两个相对布置的质量块分别构成一个用于检测绕x轴或y轴的旋转的质量块对，第二组同样由四个彼此成90°布置的板段构成，这些板段共同检测由垂直于半径的z向旋转所引起的偏斜。

有可能需要为受驱质量块使用第二外悬架，该外悬架与中央悬架一样也是围绕与内悬架相同的倾斜轴呈柔性，但相对于线性运动基本上是不可动的，其作用是提高陀螺的抗冲击强度和抗振强度。

用分配给振荡质量块的感测元件检测科氏力所引起的偏斜。借此检测质量块的线性偏斜运动和/或倾斜运动。内悬架可以采用不同的实施方式。重要的是，第一组振荡质量块一方面能够做远离和朝向中央悬架的径向运动，这一点通过与中央悬架建立相应的弹性连接或者根据本发明通过与刚性的支臂或辅助杆（与中央悬架刚性相连）建立弹性连接而实现，另一方面又能成对地围绕中央锚件分别做两正交倾斜运动中的其中一种倾斜运动。

第二组质量块与衬底弹性相连，并且通过同步弹簧与相邻的第一组质量块相连接，在此情况下，第二组质量块一方面与所有其他质量块一起同步做初级振荡，另一方面除了径向运动外，这些质量块还能做与径向运动相垂直的运动。

根据一种优选设计方案，所述第二组质量块中的每个质量块都分成径向振荡框架和与之相连的子质量块，其中，所述子质量块可以做z向旋转的科氏力所引起的、与半径相垂直的次级运动。这种情况下，同步弹簧的尺寸特别容易确定，因为同步弹簧只需在倾斜方向上具有明确的弹性，在所有其他自由度上则具有最大程度的刚性。

采用上述布置方式后，一方面可将振荡质量块用作驱动质量块，另一方面可将基于科氏力的运动传递到相应的质量块上。这样就能借助相应的感测元件一并测定陀螺（特别是衬底）绕x轴和/或y轴及z轴的旋转。

与现有技术一样，用于检测第一组振荡质量块的偏斜的感测元件优选但不限于布置在振荡质量块下方，即振荡质量块和衬底之间。其中，这些感测元件如果是例如电容式感测元件，就能通过电压变化测定振荡质量块的偏斜。用于检测第二组质量块的旋转运动的感测元件可以或者由与这些质量块相连接的电容式传感器构成，或者由可以测定垂直于半径的方向上的距离变化的其他等效传感器构成。

特别优选地，所述外悬架以环形框架或其他形状的框架的形式包围振荡质量块。这样就能直接或者间接地通过刚性辅助杆将振荡质量块的外周边弹性连接在外悬架上，连接方式与内悬架相同。

外悬架与衬底固定相连，相对于三个方向上的线性偏斜都呈刚性，且只能绕两个倾斜轴做扭转运动，由此将产生一个特别能耐受外部冲击影响的特别稳定的系统。

内侧锚件优选布置在中央。这样一来，质量块可沿径向进行良好且均匀的偏斜，第一组质量块也能绕其中一个倾斜轴进行偏斜。

根据本发明特别优选的实施方案，所述中央悬架实施为允许第一组质量块对绕x轴或y轴做偏斜运动的普通万向悬架。

为使振荡质量块能沿径向运动，第一组振荡质量块优选借助弹簧直接固定在中央板件上，或者特别优选地通过刚性的辅助杆固定在中央板件上。如果设有优选同样可实施为万向悬架的外悬架，则振荡质量块在该外悬架上的固定也同样如此。

为使第二组振荡质量块能沿径向运动，优选借助在径向上有弹性的弹簧直接将第二组振荡质量块与衬底连接起来，或者将承载着子质量块（可垂直于子框架运动）的子框架与衬底连接起来。所述弹簧优选在z向上采用最大程度的刚性设计，借此避免振荡质量块沿z向发生运动。

为使振荡质量块强制性地共同做同步径向运动，优选沿圆周交替布置第一组和第二组质量块，并且用在径向上采用最大程度的刚性设计的同步弹簧将这些质量块连接起来。所述同步弹簧一方面允许锚件周向上一定程度的弹性，以确保振荡质量块在做线性径向运动时相互间会略微分离。另一方面，当振荡质量块趋向于同时均匀地朝内外振荡时，也不会受到同步弹簧的阻碍。

现有技术优选用电极（尤其是叉形电极或梳状电极）驱动振荡质量块。这些电极激发振荡质量块振荡，引发规定频率的定向振荡。

根据本发明特别优选的实施方案，所述微陀螺具有多个用于对质量块（5）或子质量块（11）的偏斜进行检测的感测元件，这些感测元件布置在检测盒（23）中，该检测盒包含多个用于固定在衬底上的对应电极（24）的屏蔽电极（25）。屏蔽电极能产生恒定的边界场，从而达到精确测量次级运动的目的。

附图说明

下面以描述实施例的方式对本发明的其他优点和其他发明理念进行说明。其中：

图1为本发明一种可行实施方案的结构图及所述陀螺的工作原理；

图2为第一组质量块的结构及其悬架的实施例；

图3为第二组质量块的结构及其悬架的实施例；

图4为内悬架的实施例；

图5为电容检测z向旋转的实施例；

图6为电容检测z向旋转及垂直于半径的相应运动的细节图；

图7为本发明的另一实施例。

具体实施方式

图1为本发明微陀螺1的一种可行实施例。中央锚件2固定在一个位于绘图平面内的衬底上，八个振荡驱动质量块4和5通过内框架形式的铁饼形内悬架3布置在所述锚件上，这些驱动质量块分成两组，每组的代表性质量块彼此成90°布置。第一组质量块4借助附图中象征性表示的（驱动）弹簧6固定在内悬架3和外悬架7上，该外悬架优选可以设置，但也可予以删除。两悬架3和7也可具有环形以外的轮廓，例如方形轮廓。

第一组质量块4的弹簧6在径向上具有弹性，在所有其他自由度上具有最大程度的刚性。在本实施例中，第二组的四个质量块5通过弹簧8与衬底连接，其中，这些弹簧8在径向以及垂直于径向的方向上具有弹性，在所有其他自由度上具有最大程度的刚性。

因此，第一组质量块4的弹簧6可以帮助相应的驱动元件产生径向振荡，以及将一对质量块中另一质量块上反相产生的科氏力以转矩的形式传递到内悬架和有可能存在的外悬架3、7上，这两个悬架都能围绕两正交轴x和y做倾斜运动。图1中只象征性地展示了悬架3、7的两个倾斜轴中的其中一个，即水平倾斜轴。

第二组质量块5的与衬底连接的弹簧8同样能帮助相应的驱动元件产生或支持径向振荡以及垂直于半径的正交运动。

两组的八个质量块4、5都会在同步弹簧9的作用下做强制的径向同步振荡运动。同步弹簧9不仅补偿各质量块4、5和弹簧常数中的差异，也补偿同步产生作用的驱动力的大小差异。所述驱动元件优选可实施为梳状结构，在此未图示。

如果平面中的旋转为第一组驱动质量块4成对加载反向平行的科氏力，这些驱动质量块就会在内悬架3上产生转矩和相应的倾斜运动。如果围绕z轴的旋转为第二组驱动质量块5加载科氏力，四个质量块5就都会产生垂直于径向运动的反向次级振荡。

布置在八个质量块4、5之间的同步弹簧9设计为能够支持驱动质量块4、5的同步振荡。因此，当驱动质量块4、5沿径向向外移动而使得两驱动质量块4、5之间的间隙变大，以及当驱动质量块4、5重新朝中心方向运动而使得该间隙变小时，所述同步弹簧都能发生一定程度的变形。而当驱动质量块4、5尝试做不均匀振荡时，同步弹簧9又会变硬。

如果第二组的质量块5和弹簧8采用如图1所示的实施方案，同步弹簧9也会对第二组质量块5的次级运动产生作用。这一点可以通过将第二组质量块5实施为如图2所示的分离式驱动框架10和内嵌式子质量块11来加以避免。子质量块11借助次级运动弹簧12与相应的驱动框架连接。这样还能将驱动弹簧8和次级运动弹簧12的功能予以有效分离，并且通过采用两个各具有一个易于控制的自由度的弹簧对8、12来避免弹簧结构具有两个自由度时必然会出现的交叉耦合。图2为第二组质量块5及其弹簧组8和12的优选实施方式。

在第一组质量块4下方以及可能存在的外悬架7的相应部分的下方设有能测定z向上距离变化的感测电极。这些感测电极例如由起电容作用的平板构成，这些平板可以测定围绕其中一个位于绘图平面内的轴线x、y的倾斜运动。

图3为第一组质量块4及其弹簧6的优选实施方式。采用支臂或辅助杆13是特别有利的做法，它们可以将沿z向作用的科氏力有效转换为转矩。驱动弹簧6的抗扭刚度有限，但在弹簧6布置在质量块4和内悬架3之间的情况下，这个抗扭刚度会导致这两个元件相对扭转，驱动弹簧8的这种抗扭刚度的影响在此得到了显著减轻，从而能达到将科氏力有效转换为倾斜力矩的目的。

如果不设置外悬架7，则优选在质量块4的内缘及外缘附近借助相应加长了的辅助杆将两驱动弹簧6或驱动弹簧对与内悬架3连接起来。

图4为内悬架3的实施例。两个（在此呈环形的）框架14、15通过一对扭转弹簧16彼此相连，内框架14通过一对扭转弹簧17与中央锚件2连接。四个支臂13从内悬架3的外框架15出发，分路向第一组质量块4的弹簧延伸。第二组质量块5与内悬架3不相连。

如图5所示，外悬架7可与内悬架一样实施为万向悬架，区别在于，内侧的中央锚件2被安装在外框架20的扭转弹簧19上的两个外侧锚件18所取代。外悬架7的外框架20通过扭转弹簧21与内框架22连接。第一组质量块4的支臂13固定在内框架22上。

图5和图6为用于检测与第二组质量块5的径向驱动运动相垂直的运动的检测电容的可行实施方式。在图2、图5或图7中沿垂直于半径的方向弹性嵌入驱动框架10的子质量块11具有多个检测盒23。如图6所示，这些检测盒是子质量块11上的普通凹槽，这些凹槽的内壁构成运动子质量块11的电极34，以绝缘方式锚定在衬底上的对应电极24与电极34相对布置，因此，检测盒23沿次级运动v_s的方向（即垂直于半径）所做的运动会引起能测量到的电容变化。为避免径向初级运动v_p通过检测盒23左右两侧变化着的边界场而产生影响，可以使用电位与受驱质量块11相同且能确保恒定边界场的屏蔽电极25。

这种检测盒23当然也可用在不设子质量块11的感测元件上。通过使用屏蔽电极25，还能避免测量次级运动时受到干扰。

传感器1是用公知的微细加工技术制成。本发明的一个重要特征是设有两组受驱质量块4和5，每组各包含四个或四个以上的单个质量块。

所有质量块4、5都受到同步驱动，两组质量块4、5中的每个质量块都在外部旋转速度的影响下将其旋转运动改变至不同的方向。

第一组中的每个质量块对4都进行同步次级运动，其共振频率优选应尽可能相同且接近于所有质量块的共同主共振。第二组质量块5的主共振优选同样接近于共同的主共振。

第二组质量块5的次级共振不必同步化。第一组质量块对的两个次级共振的协调也不必同步化。在制造公差范围内能达到的近似协调已足以实现针对全部三个轴线上的旋转的稳定总灵敏度。

图7为本发明的另一实施例。该实施例中的第一组质量块4并非借助外框架彼此相连。第一组中的每个质量块4都借助锚件26和支臂13固定在衬底上。将质量块4固定在锚件26和支臂13上的弹簧6允许在相对于中央锚件2的振荡径向上做驱动运动，以及偏离x-y平面的运动，特别是围绕中央锚件2的倾斜运动。第一组质量块4在驱动电极27的作用下开始做初级运动。驱动电极28同样在相对于中央锚件2的径向上驱动第二组质量块5的驱动框架10发生振荡。驱动框架10通过外侧锚件29和内侧锚件30以可沿径向运动的方式固定在衬底上。子质量块11在横向于驱动框架10的驱动方向的方向上采用弹性安装方式，其运动由检测盒23测定。

本发明不限于上述实施例。在权利要求书和说明书的字句范围内，其他实施方案也是可行的。此外，任何时候都可以将上述实施例中个别部件的实施方案予以组合。

Claims (17)

1.一种用于测定绕一x轴和/或y轴和/或z轴的旋转运动的微陀螺，包括：

一衬底，

多个振荡质量块(4，5)，

多个用于将所述振荡质量块(4，5)固定在所述衬底上的弹簧，

多个驱动元件，用于使所述质量块(4，5)中的至少个别质量块在x-y平面内沿径向发生相对于一中央锚件(2)的振摆，以便在所述衬底旋转时产生科氏力，所述驱动元件为电极，以及

多个感测元件，用于检测所述质量块(4，5)被所产生的科氏力引发的偏斜，

其特征在于，

所述质量块(4，5)中的至少个别质量块分两组布置，

所述两组质量块(4，5)都能在所述驱动元件的作用下在所述x轴和y轴所定义的平面内共同做振荡初级运动，

第一组质量块(4)在所述衬底上的布置方式使其可以做偏离所述x-y平面的运动，

第二组质量块(5)在所述衬底上的布置方式使其可以做与所述x-y平面内的振荡初级运动相垂直的运动，所述两组质量块(4，5)都能沿径向朝所述衬底的一中心运动，以实现所述振荡初级运动。

2.如权利要求1所述的微陀螺，其特征在于，所述第一组和第二组质量块(4，5)彼此弹性相连，以实现同步化的振荡初级运动。

3.如权利要求1或2所述的微陀螺，其特征在于，所述第一组质量块(4)是两对布置在所述x轴和y轴上的质量块(4)。

4.如权利要求1或2所述的微陀螺，其特征在于，所述第二组质量块(5)由至少两个质量块(5)构成。

5.如权利要求1或2所述的微陀螺，其特征在于，所述第二组质量块(5)布置在所述第一组质量块(4)之间。

6.如权利要求1或2所述的微陀螺，其特征在于，所述第一组质量块(4)在x向和/或y向上柔性布置在一内框架和/或一外框架(14，15；20，22)上。

7.如权利要求1或2所述的微陀螺，其特征在于，所述第一组质量块(4)沿径向柔性地布置在一刚性支臂(13)或一辅助杆上。

8.如权利要求6所述的微陀螺，其特征在于，所述内框架(14)布置在一个或多个大体位于中央的锚件(2)上。

9.如权利要求6所述的微陀螺，其特征在于，所述内框架和/或外框架(14，15；20，22)借助万向架安装在一个或多个锚件(2；18)上，以便所述第一组质量块(4)绕所述x轴或y轴做倾斜运动。

10.如权利要求9所述的微陀螺，其特征在于，用来安装所述内框架和外框架(14，15；20，22)的万向架围绕相同的倾斜轴是柔性的，但相对于线性运动基本上是不可动的。

11.如权利要求1或2所述的微陀螺，其特征在于，所述第二组质量块(5)中的至少部分质量块以一种可绕所述z轴旋转或者可垂直于所述径向布置偏斜的方式进行安装。

12.如权利要求1或2所述的微陀螺，其特征在于，所述第二组质量块(5)具有一振荡框架(10)和一与所述振荡框架相连的子质量块(11)，所述子质量块(11)在所述振荡框架(10)上的固定方式使其可以做与所述振荡框架(10)的振荡运动相垂直的偏斜运动。

13.如权利要求1或2所述的微陀螺，其特征在于，多个用于检测所述第一组振荡质量块(4)的偏斜的第一感测元件布置在所述振荡质量块(4)下方，以及/或者设有多个用于检测所述第二组质量块(5)或子质量块(11)的偏斜的第二感测元件。

14.如权利要求1或2所述的微陀螺，其特征在于，多个用于对所述质量块(5)或子质量块(11)的偏斜进行检测的感测元件布置在一检测盒(23)中，所述检测盒包含多个用于固定在所述衬底上的对应电极(24)的屏蔽电极(25)。

15.如权利要求1所述的微陀螺，其特征在于，所述驱动元件是叉形电极。

16.如权利要求1或2所述的微陀螺，其特征在于，所述第二组由数倍于两个的质量块(5)构成。

17.如权利要求5所述的微陀螺，其特征在于，所述第二组质量块(5)布置成彼此成90°。