CN103900546A - 一种微机电六轴惯性传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微机电六轴惯性传感器，由三轴角速度传感器及设置于其内、并与其惯性质量中心重合的且相互独立的三轴加速度传感器组成。由于惯性质量中心重合，从而提高了微机电六轴惯性传感器的组合解析精度；本发明外围的三轴微机电角速度传感器为对称结构，且与驱动质量块连接的锚点形成三点支撑结构，提高了本发明的可靠性及稳定性；本发明采用两对第一转动质量块分别或同时检测所述传感器所在平面内相互垂直的两个方向外部角速度，有效减少了检测信号之间的耦合，提高了信噪比，提高了被检测方向的外部角速度检测精度；本发明利用斜驱动梁实现平动驱动向转动驱动的变换，使本发明具有集成密度高、占用面积小、成本低等优势。

Description

一种微机电六轴惯性传感器
技术领域
本发明属于微电子机械系统领域，涉及一种用于检测三轴角速度和三轴加速度的微机电六轴惯性传感器。
背景技术
三维空间中，把一个几何物体作旋转、平移的运动称之为刚体运动，刚体运动有六个自由度，即沿着三个彼此正交方向的平动和绕着这三个方向的转动。也就是说，六个自由度的信息能够完整地反映刚体的运动状态。
生活中，车辆、船舶等运动物体的导航需要运动物体的位移、方向、速度、姿态等信息，这些信息依靠运动物体上的惯性测量单元(IMU，Inertial Measurement Unit)获得。惯性测量单元包括加速度计和陀螺仪，加速度计用来测量运动物体的线加速度，陀螺仪用来测量运动物体的角加速度或角速度，根据加速度和角加速度信息，通过数据处理可以得到运动物体的位移、方向、速度、姿态等信息。
微机电惯性传感器是指利用微机电制造技术（Micro-Electro-Mechanical Technology）加工而成的，用来测量运动物体加速度、角加速度等惯性参数的微型机电系统(MEMS，Microelectro-mechanical System)，主要包括在硅片上制作微机械加速度计（微机械加速度传感器）、微机械角速度计（微机械陀螺），在汽车导航和控制系统、摄像机消振系统等领域获得广泛应用。微机电惯性传感器的研究始于20世纪70年代，由于微机电惯性传感器具有体积小、功耗低、可靠性高、稳定性好、成本低和易于批量化生产的优点，因此，微机电惯性传感器是惯性传感器领域的研究热点。
微机械加速度传感器是发展比较早、比较成熟的惯性传感器，主要采用质量块产生的惯性力测量加速度，采用压阻式、压电式、电容式和谐振式等原理进行检测。目前，市场上的微机械加速度传感器主要是单轴和三轴的，代表性的产品有美国模拟器件(ADI)公司的ADXL系列微机械电容式加速度传感器。
微机械陀螺仪的研究始于20世纪80年代末期，目前微机械陀螺仪主要采用振动式原理工作，借助科氏(Coriolis)加速度效应测量角加速度或角速度。微机械陀螺仪主要采用静电驱动、电磁驱动、压电驱动等驱动方式实现振子的振动。采用电容检测、压阻检测、压电检测等方式检测哥氏加速度效应。目前，市场上的微机械加速度计主要是单轴，代表性的产品有美国模拟器件(ADI)公司的IMEMS系列陀螺仪。
微机械陀螺、微机械加速度传感器均可以划分为单轴、双轴、三轴，但随着消费类电子功能的日益扩展，传感器应用的逐步普及，在消费电子等领域应用中，为了全面提升应用水平，往往需要六轴微型惯性测量组合（Miniature Inertial Measurement Unit，MIMU）来进行惯性测量，因此，加速度计、陀螺仪的六轴集成是惯性传感器的重要发展方向之一。
目前的微型惯性测量组合产品是以分立元件的组装集成为主，即将分立的三轴加速度和三轴微陀螺器件通过堆叠封装等方式集成，包括美国INvensense公司最新推出的MPU-6500型、意法半导体的LSM330DLC、Bosch的BMI055等六轴MIMU产品。通过封装、组装集成方式，增加了产品的制造难度和成本。
近来，意法半导体实现了一种单片集成微机电六轴惯性传感器，如图1所示，是将三轴微机械加速度传感器和三轴微陀螺制作在同一硅衬底上，但三轴微机械加速度传感器（包括X轴微机械加速度传感器21’、Y轴微机械加速度传感器22’和Z轴微机械加速度传感器23’、）和三轴微陀螺1’是采取并排放置的分离式结构（如图1中双向箭头所示）：微陀螺和微机械加速度传感器的两类传感器的惯性质量中心互相偏离，根据检测得到的角速度数据和加速度数据确定物体的运动状态时会带来相对较大的误差，一定程度上限制了微机电六轴惯性组合解析精度；同时，分离式结构通常为非对称式结构，在抑制封装应力、温度效应及抗冲击性等可靠性特性方面比较不利。另一方面，在有效利用基板面积、减小器件尺寸方面该分离式结构还有进一步提高的空间。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微机电六轴惯性传感器，用于解决现有技术中单片集成微机电六轴惯性传感器的解析精度、可靠性及基板面积利用率亟需提高的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种微机电六轴惯性传感器由三轴角速度传感器及设置于其内、并与其惯性质量中心重合的且相互独立的三轴加速度传感器组成，其中，所述三轴角速度传感器包括：形成在第一基板上表面的第一检测电极和形成于第二基板的两个驱动质量块、两个第一平动质量块、四个第一转动质量块、驱动梳齿、反馈梳齿、八组第一检测极板和与三轴角速度传感器相对应的锚点及弹性梁；所述三轴加速度传感器包括：形成在第一基板上表面的第二检测电极和形成于第二基板的一个第二转动质量块、两个第二平动质量块、四组第二检测极板和与三轴加速度传感器相对应的锚点及弹性梁；
所述微机电六轴惯性传感器至少包括：
第一基板，包括位于其上表面的第一检测电极及第二检测电极；
第二基板，位于所述第一基板上表面，包括：
两个驱动质量块，悬于第一基板上，对称分布在第二方向两侧且可沿第一方向运动；
两个第一平动质量块，设置在与其对应的驱动质量块中且悬于第一基板上，对称分布在第二方向两侧，可沿第一方向或第二方向运动，用以检测第五方向外部角速度；
四个第一转动质量块，设置在与其对应的驱动质量块的一侧且位于所述两个驱动质量块围成的区域中，悬于第一基板上，与所述第一基板上的第一检测电极相对应，两两对称分布在第一方向和第二方向两侧，同时，一对相对的第一转动质量块均以第三方向为自身的对称轴用以检测位于第四方向的外部角速度，另一对相对的第一转动质量块均以第四方向为自身的对称轴用以检测位于第三方向的外部角速度，各该第一转动质量块在所述微机电六轴惯性传感器所在平面内以第五方向为中心轴振动或绕自身的对称轴振动；
驱动梳齿和反馈梳齿，位于其对应的驱动质量块的外侧且均悬于第一基板之上，每组驱动梳齿或反馈梳齿对称分布在第一方向或第二方向两侧；
八组第一检测极板，设置在与其对应的第一平动质量块中且均悬于第一基板之上，对称分布在第一方向和第二方向两侧，用于与其对应的第一平动质量块相配合以检测第五方向外部角速度；
一个第二转动质量块，偏心设置在两个驱动质量块之间、位于所述四个第一转动质量块围成的区域内且悬于第一基板上，与所述第一基板上的第二检测电极相对应，所述第二转动质量块以第三方向或第四方向为轴振动，用于检测第五方向的外部加速度；
两个第二平动质量块，设置在所述第二转动质量块中且悬于第一基板上，一个第二平动质量块以第三方向为自身的对称轴且可沿第三方向运动用以检测第三方向的外部加速度；另一个第二平动质量块以第四方向为自身的对称轴且可沿第四方向运动用以检测第四方向的外部加速度；
四组第二检测极板，设置在与其对应的第二平动质量块中，均悬于第一基板之上，其中，两组第二检测极板对称分布在第三方向两侧，与以第三方向为自身的对称轴的第二平动质量块相配合以检测第三方向的外部加速度，两组第二检测极板对称分布在第四方向两侧，与以第四方向为自身的对称轴的第二平动质量块相配合以检测第四方向的外部加速度；
其中，第一方向、第二方向、第三方向、第四方向均位于所述微机电六轴惯性传感器所在的平面，第五方向垂直于所述微机电六轴惯性传感器所在的平面，第三方向与第一方向夹角为45°，第四方向与第一方向夹角为135°，且第三方向、第四方向、第五方向彼此正交，第一方向、第二方向、第五方向彼此正交；
所述的两个驱动质量块之间、驱动质量块和第一平动质量块之间、驱动质量块和第一转动质量块之间以弹性梁进行连接，各该驱动质量块、第一转动质量块和第二转动质量块分别通过弹性梁连接与其对应的锚点，各该第一平动质量块通过所述第一检测极板与其对应的锚点进行结合，各该第二平动质量块与其对应的锚点通过弹性梁及第二检测极板进行结合，其中，所述弹性梁悬于第一基板之上，所述锚点固定在所述第一基板上。
可选地，所述微机电六轴惯性传感器还包括位于其对应的驱动质量块的外侧、悬于第一基板之上、对称分布在第一方向或第二方向两侧的纠偏梳齿。
可选地，所述驱动梳齿或所述反馈梳齿的任意一种为一对且对称分布在第二方向两侧，另一种为两对且每对对称分布在第一方向两侧；或者所述驱动梳齿和所述反馈梳齿均为两对且每对均对称分布在第一方向两侧。
可选地，所述驱动梳齿、所述反馈梳齿、或所述纠偏梳齿中的任意一种为一对且对称分布在第二方向两侧，其余两种分别为两对且每对对称分布在第一方向两侧。
可选地，所述驱动质量块通过第一驱动梁与第一锚点相连接、通过第二驱动梁与第二锚点相连接、通过驱动梳齿与第三锚点相结合、通过反馈梳齿与第四锚点相结合；所述两个驱动质量块之间通过耦合梁连接，其中，所述的第一驱动梁、第二驱动梁和耦合梁均为所述弹性梁的一种。
可选地，所述驱动质量块通过第一驱动梁与第一锚点相连接、通过第二驱动梁与第二锚点相连接、通过驱动梳齿与第三锚点相结合、通过反馈梳齿与第四锚点相结合、通过纠偏梳齿与第五锚点相结合；所述两个驱动质量块之间通过耦合梁连接，其中，所述的第一驱动梁、第二驱动梁和耦合梁均为所述弹性梁的一种。
可选地，两个第一锚点和一个第二锚点对应同一个驱动质量块，且分布于与其对应的驱动质量块的外侧形成三点支撑结构。
可选地，所述的一个第一平动质量块与一个驱动质量块相对应，且所述第一平动质量块通过第一检测梁与其对应的驱动质量块相连接，并通过第一检测极板与第六锚点相结合，其中，所述第一检测梁为所述弹性梁的一种。
可选地，四组所述第一检测极板和两个第六锚点与一个第一平动质量块相对应，且设置在与其对应的第一平动质量块中，所述第一检测极板包括沿梳齿长度方向相对交叉对应的可动第一检测极板和固定第一检测极板，其中，所述的可动第一检测极板与第一平动质量块相连接，所述的固定第一检测极板与第六锚点相连接，四组所述第一检测极板对称分布在第一方向和第二方向两侧，两个第六锚点对称分布在第一方向两侧。
可选地，在同一个第一平动质量块中，与一个所述第六锚点相连接的两组固定第一检测极板于与其相对应的可动第一检测极板的一侧，与另一个所述第六锚点相连接的另两组固定第一检测极板位于与其相对应的可动第一检测极板的另一侧。
可选地，两个第一转动质量块与一个驱动质量块相对应，且每个第一转动质量块与一个斜驱动梁、一个第一斜检测梁、及第七锚点相对应，其中，所述第一转动质量块通过斜驱动梁与其对应的驱动质量块相连接，并通过第一斜检测梁与第七锚点相连接，同时，所述斜驱动梁和第一斜检测梁的端点均位于其对应的第一转动质量块自身的对称轴上，且所述斜驱动梁和第一斜检测梁均位于其对应的第一转动质量块的两侧，其中，所述的斜驱动梁和第一斜检测梁均为所述弹性梁的一种。
可选地，所述第七锚点设置在两个驱动质量块之间、位于所述四个第一转动质量块围成的区域内；所述第七锚点为一封闭的框且所述第二转动质量块和第二平动质量块均设置在其框内，或者所述第七锚点为与四个第一转动质量块分别对应的四个锚点且所述第二转动质量块和第二平动质量块均设置在该四个锚点围成的区域内。
可选地，所述第二转动质量块通过第二斜检测梁与设置在其中的第八锚点相连接，所述第二转动质量块与分别对称分布在第二斜检测梁两侧的第二检测电极相对应，其中，所述第二转动质量块为偏心结构，其惯性质量中心不在第二斜检测梁所在的直线上。
可选地，各该第二平动质量块通过第二检测梁与第九锚点连接，且通过第二检测极板与第十锚点进行结合。
可选地，两组所述第二检测极板、两个第十锚点和两个第九锚点与一个第二平动质量块相对应；所述第二检测极板均包括沿梳齿长度方向相对交叉对应的可动第二检测极板和固定第二检测极板，其中，所述的可动第二检测极板与第二平动质量块相连接，所述的固定第二检测极板与第十锚点相连接。
如上所述，本发明的微机电六轴惯性传感器，具有以下有益效果：
本发明提出一种在三轴微机电角速度传感器（微陀螺）中心集成三轴微机电加速度传感器的新型单片集成的微机电六轴惯性传感器，与现有的分离式设计相比：
1）本发明的三轴微机电角速度传感器和三轴微机电加速度传感器的惯性质量中心重合，从而提高了传感器的组合解析精度；
2）本发明外围的三轴微机电角速度传感器为对称结构（惯性质量块几何对称配置），且与驱动质量块连接的锚点形成三点支撑结构，提高了传感器的抗冲击性，从而其可靠性更高、稳定性能更好；
3）本发明采用两对第一转动质量块分别或同时检测所述传感器所在平面内相互垂直的两个方向外部角速度，从而有效减少了检测信号之间的耦合，提高了信噪比，提高了被检测方向的外部角速度检测精度；
4）本发明利用斜驱动梁实现平动驱动向转动驱动的变换，减小了传感器尺寸，提高了传感器的集成度和基板面积利用效率，使本发明具有集成密度高、占用面积小、成本低等优势。
附图说明
图1显示为现有技术中分离式结构的单片集成微机电六轴惯性传感器结构示意图。
图2显示为本发明的包含驱动梳齿和反馈梳齿的微机电六轴惯性传感器俯视图。
图3显示为本发明实施例中包含驱动梳齿、反馈梳齿和纠偏梳齿的微机电六轴惯性传感器俯视图。
图4a显示为本发明微机电六轴惯性传感器中三轴角速度传感器的俯视图。
图4b显示为本发明微机电六轴惯性传感器中三轴角速度传感器的驱动质量块及其对应锚点的俯视图。
图4c显示为本发明微机电六轴惯性传感器中三轴角速度传感器的第一平动质量块及其对应的第一检测极板、第一检测梁和第六锚点的俯视图。
图4d显示为本发明微机电六轴惯性传感器中三轴角速度传感器的第一转动质量块及其对应的第一检测电极、斜驱动梁、第一斜检测梁和第七锚点的俯视图。
图5a显示为本发明微机电六轴惯性传感器中三轴加速度传感器的俯视图。
图5b显示为本发明微机电六轴惯性传感器中三轴加速度传感器的第二转动质量块及其对应的第二检测电极、第八锚点和第二斜检测梁的俯视图。
图5c显示为本发明微机电六轴惯性传感器中三轴加速度传感器的第二平动质量块及其对应的第九锚点、第十锚点、第二检测极板和第二检测梁的俯视图。
元件标号说明
113    第一检测电极
121    第二检测电极
211    驱动质量块
212    第一平动质量块
213    第一转动质量块
214    驱动梳齿
2141   可动驱动梳齿
2142   固定驱动梳齿
215    反馈梳齿
2151   可动反馈梳齿
2152   固定反馈梳齿
216    纠偏梳齿
2161   可动纠偏梳齿
2162   固定纠偏梳齿
217    第一检测极板
2171   可动第一检测极板
2172   固定第一检测极板
221    第二转动质量块
222    第二平动质量块
223    第二检测极板
2231   可动第二检测极板
2232   固定第二检测极板
21801  第一锚点
21802  第二锚点
21803  第三锚点
21804  第四锚点
21805  第五锚点
21806  第六锚点
21807  第七锚点
22808  第八锚点
22809  第九锚点
22810  第十锚点
2191   第一驱动梁
2192   第二驱动梁
2193   耦合梁
2194   第一检测梁
2195   斜驱动梁
2196   第一斜检测梁
2297   第二斜检测梁
2298    第二检测梁
21’    X轴微机械加速度传感器
22’    Y轴微机械加速度传感器
23’    Z轴微机械加速度传感器
1’     三轴微陀螺
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图2至图5c，其中，所述各图中的F1、F2、F3、及F4用以表示所述图中的第一方向、第二方向、第三方向、及第四方向，另外，实施例中涉及的第五方向由F5表示。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图3至图5c所示，本发明提供一种微机电六轴惯性传感器，所述微机电六轴惯性传感器由三轴角速度传感器及设置于其内、并与其惯性质量中心重合的且相互独立的三轴加速度传感器组成，其中，所述三轴角速度传感器包括：形成在第一基板（未图示）上表面的第一检测电极113和形成于第二基板的两个驱动质量块211、两个第一平动质量块212、四个第一转动质量块213、驱动梳齿214、反馈梳齿215、八组第一检测极板217和与三轴角速度传感器相对应的锚点及弹性梁；所述三轴加速度传感器包括：形成在第一基板上表面的第二检测电极121和形成于第二基板的一个第二转动质量块221、两个第二平动质量块222、四组第二检测极板223和与三轴加速度传感器相对应的锚点及弹性梁。在本实施例中，所述微机电六轴惯性传感器还包括位于其对应的驱动质量块211的外侧、悬于第一基板之上、对称分布在第一方向或第二方向两侧的纠偏梳齿216。
需要说明的是，本发明的三轴微机电角速度传感器和三轴微机电加速度传感器的惯性质量中心重合，从而提高了传感器的组合解析精度。
需要指出的是，本发明实施例的图中涉及五个方向，具体为：第一方向F1、第二方向F2、第三方向F3、第四方向F4均位于所述微机电六轴惯性传感器所在的平面，第五方向F5垂直于所述微机电六轴惯性传感器所在的平面，第三方向与第一方向夹角为45°，第四方向与第一方向夹角为135°，且第三方向、第四方向、第五方向彼此正交，第一方向、第二方向、第五方向彼此正交。
所述微机电六轴惯性传感器至少包括第一基板和位于所述第一基板上表面的第二基板，其中，所述第一检测电极113及第二检测电极121位于所述第一基板上表面。如图3、图4a和图5a所示，所述第一检测电极113及第二检测电极121均以虚线框表示其位于第二基板下方且不与第二基板相接触，所述第一检测电极113与悬于其上的第一转动质量块213相对应，所述第二检测电极121与悬于其上的第二转动质量块221相对应。所述第一基板为玻璃或带有绝缘层的硅，以保证所述第一基板表面具有绝缘性；所述第一检测电极113及第二检测电极121为铝或多晶硅。在本实施例中，所述第一基板为玻璃，所述第一检测电极113及第二检测电极121均为铝。
如图3所示，所述第二基板包括悬于所述第一基板上的驱动质量块211、第一平动质量块212、第一转动质量块213、驱动梳齿214、反馈梳齿215、第一检测极板217、第二转动质量块221、第二平动质量块222、第二检测极板223和弹性梁，以及固定于所述第一基板上的锚点。所述第二基板为硅、锗或锗硅，在本实施例中，所述第二基板2为硅。其中，优选的，所述的驱动质量块211、第一平动质量块212、第一转动质量块213、驱动梳齿214、反馈梳齿215、第一检测极板217、第二转动质量块221、第二平动质量块222、第二检测极板223和弹性梁的厚度相同，且均小于所述锚点的厚度。
如图4a及图5a所示，在本实施例中，固定在第一基板上的锚点包括：四个对称分布在第一方向和第二方向的第一锚点21801，两个对称分布在第二方向的第二锚点21802，两个对称分布在第二方向两侧并与所述驱动梳齿214相对应的第三锚点21803，四个对称分布在第一方向两侧并与所述反馈梳齿215相对应的第四锚点21804，四个对称分布在第一方向两侧并与所述纠偏梳齿216相对应的第五锚点21805，四个对称分布在第一方向和第二方向两侧并设置于所述第一平动质量块212中的第六锚点21806，一个设置在两个驱动质量块211之间、位于所述四个第一转动质量块213围成的区域内的、为一封闭框的第七锚点21807，一个设置于所述第二转动质量块221中的第八锚点22808，四个对应二个所述第二平动质量块且两个对称分布于第三方向两侧、另两个对称分布于第四方向两侧的第九锚点22809，以及四个对应所述第二检测极板223且两个对称分布于第三方向两侧、另两个对称分布于第四方向两侧的第十锚点22810。
需要指出的是，两个第一锚点21801和一个第二锚点21802对应同一个驱动质量块211，且分布于与其对应的驱动质量块211的外侧形成三点支撑结构，从而在节省锚点面积的同时达到稳定驱动的目的，提高了传感器的抗冲击性，使传感器可靠性更高、稳定性能更好；在另一实施例中，设置在两个驱动质量块之间、位于所述四个第一转动质量块围成的区域内第七锚点，还可以为与四个第一转动质量块分别对应的四个锚点（未图示），且所述第二转动质量块和第二平动质量块均设置在该四个锚点围成的区域内。
如图4a及图5a所示，在本实施例中，悬于第一基板上的所述弹性梁包括：第一驱动梁2191、第二驱动梁2192、耦合梁2193、第一检测梁2194、斜驱动梁2195、第一斜检测梁2196、第二斜检测梁2297及第二检测梁2298，以供所述驱动质量块211、第一平动质量块212、第一转动质量块213、第二转动质量块221及第二平动质量块222悬于第一基板上，其中，连接所述的驱动质量块211和第一锚点21801的弹性梁为第一驱动梁2191，连接所述的驱动质量块211和第二锚点21802的弹性梁为第二驱动梁2192，连接所述两个驱动质量块211的弹性梁为耦合梁2193，连接所述的驱动质量块211和第一平动质量块212的弹性梁为第一检测梁2194，连接所述的驱动质量块211和第一转动质量块213的弹性梁为斜驱动梁2195，连接所述的第一转动质量块213和第七锚点21807的弹性梁为第一斜检测梁2196，连接所述的第二转动质量块221和第八锚点22808的弹性梁为第二斜检测梁2297，以及连接所述的第二平动质量块222和第九锚点22809的弹性梁为第二检测梁2298。
所述驱动质量块211为两个，如图3、图4a及图4b所示，通过耦合梁2193使两个所述驱动质量块211连接在一起并悬于第一基板上，所述二驱动质量块211对称分布在第二方向两侧且可沿第一方向运动反相振动（如图4a粗箭头所示），为各该第一平动质量块212提供反相的驱动。
所述第一平动质量212块为两个，如图3及图4a所示，其设置在与其对应的驱动质量块211中且悬于第一基板上，两个所述第一平动质量块212对称分布在第二方向两侧，可沿第一方向或第二方向运动，其中，一个驱动质量块211对应一个第一平动质量块212，各该第一平动质量块212与其对应的驱动质量块211、第一检测极板217和第六锚点21806相配合，用以检测第五方向的外部角速度。需要说明的是，各该第一平动质量块212，如图4a粗箭头所示，可以随其对应的各该驱动质量块211一起进行无相对位移的沿第一方向的反相振动，也可以沿与第一方向垂直的第二方向进行反相振动（请参阅图4a细箭头方向）。
需要进一步说明的是，所述驱动质量块211和第一平动质量块212均为两个，目的是为了避免另有外加的沿第二方向的加速度对检测第五方向的外部角速度造成的干扰。具体内容请详见工作原理说明部分。
所述第一转动质量块213为四个，如图3、图4a及图4d所示，设置在与其对应的驱动质量块211的一侧且位于所述两个驱动质量211块围成的区域中，悬于第一基板上，其中，一个所述的第一转动质量块213与两个第一基板上表面的第一检测电极113相对应，如图4a及图4d所示，所述第一转动质量块213两两对称分布在第一方向和第二方向两侧，且一个驱动质量块211与形成在第二方向一侧的两个所述第一转动质量块213相对应，同时，一对相对的第一转动质量块213均以第三方向为自身的对称轴，且该对第一转动质量块213与其分别对应的驱动质量块211和第一检测电极113相配合，用以检测第四方向的外部角速度，另一对相对的第一转动质量块213均以第四方向为自身的对称轴，且该另一对第一转动质量块213与其分别对应的驱动质量块211和第一检测电极113相配合，用以检测位于第三方向的外部角速度，换言之，形成在第二方向一侧的、与一个驱动质量块211相对应的所述第一转动质量块213中，一个以第三方向为自身的对称轴的第一转动质量块213用以检测第四方向的外部角速度，另一个以第四方向为自身的对称轴的第一转动质量块213用以检测第三方向的外部角速度。需要说明的是，各该第一转动质量块213可以在所述微机电六轴惯性传感器所在平面内以第五方向为中心轴角振动，且为反相的角振动；也可以绕自身的对称轴进行离开所述微机电六轴惯性传感器所在平面地扭转角振动。
所述驱动梳齿214和反馈梳齿215位于其对应的驱动质量块211的外侧且均悬于第一基板之上，每组驱动梳齿214或反馈梳齿215对称分布在第一方向或第二方向两侧，驱动梳齿214和反馈梳齿215与其对应的驱动质量块211相互配合，为第一平动质量块212和第一转动质量块213提供沿第一方向的反相驱动。在本实施例中，如图3、图4a及图4b所示，所述微机电六轴惯性传感器还包括位于其对应的驱动质量块211的外侧、悬于第一基板之上、对称分布在第一方向或第二方向两侧的纠偏梳齿216，从而纠正正交误差。所述驱动梳齿214、反馈梳齿215和纠偏梳齿216均包括沿梳齿长度方向相对交叉对应的可动梳齿和固定梳齿，即驱动梳齿214包括可动驱动梳齿2141和固定驱动梳齿2142，反馈梳齿215包括可动反馈梳齿2151和固定反馈梳齿2152，纠偏梳齿216包括可动纠偏梳齿2161和固定纠偏梳齿2162。
需要说明的是，采用纠偏梳齿的目的在于纠正正交误差。由于MEMS工艺的不完美性等原因，加工后的器件结构中会有一定程度的倾斜，因此，微机电六轴惯性传感器在驱动时，质量块不是严格地沿着驱动方向运动，也会有一定程度的倾斜，换言之，质量块理想状况下的运动方向与实际的运动方向存在一个夹角，从而在没有外部角速度的情况下，也会输出检测信号而产生正交误差。采用纠偏梳齿相当于施加了一个力使质量块的运动方向回到理想的运动方向上来，从而纠正正交误差。
需要进一步说明的是，所述驱动梳齿214、所述反馈梳齿215、或所述纠偏梳齿216中的任意一种为一对且对称分布在第二方向两侧，其余两种分别为两对且每对对称分布在第一方向两侧，具体在本实施例中，如图3及图4a所示，所述驱动梳齿214为一对且对称分布在第二方向两侧，所述反馈梳齿215和所述纠偏梳齿216为两对且每对对称分布在第一方向两侧，此时，一个驱动质量块211对应一组驱动梳齿214、一对反馈梳齿215和一对纠偏梳齿216。但并不局限于于此，在另一实施例中，所述微机电六轴惯性传感器不包括纠偏梳齿而只包含驱动梳齿和反馈梳齿时，所述驱动梳齿或所述反馈梳齿的任意一种为一对且对称分布在第二方向两侧，另一种为两对且每对对称分布在第一方向两侧，此时，一个驱动质量块对应一组驱动梳齿和一对反馈梳齿或者一个驱动质量块对应一对驱动梳齿和一组反馈梳齿；或者，如图2所示，所述驱动梳齿和所述反馈梳齿均为两对且每对均对称分布在第一方向两侧，此时，一个驱动质量块211对应一对驱动梳齿214和一对反馈梳齿215。
所述第一检测极板217为八组，如图3、图4a及图4c所示，设置在与其对应的第一平动质量块212中且均悬于第一基板之上，对称分布在第一方向和第二方向两侧，用于与其对应的第一平动质量块212相配合以检测第五方向外部角速度；每组第一检测极板217均包括沿梳齿长度方向相对交叉对应的可动第一检测极板2171和固定第一检测基板2172。所述的一个第一平动质量块212与四组第一检测极板217和两个第六锚点21806相对应，其中，四组所述第一检测极板217对称分布在第一方向和第二方向两侧，两个第六锚点21806对称分布在第一方向两侧，对称分布在第二方向两侧的两组第一检测极板217同时对称分布在与其对应的一个第六锚点21806的两侧，所述的可动第一检测极板2171与第一平动质量块212相连接，所述的固定第一检测极板2172与第六锚点21806相连接。
需要说明的是，在本实施例中，如图4a所示，在同一个第一平动质量块212中，与一个所述第六锚点21806相连接的两组固定第一检测极板2172于与其相对应的可动第一检测极板2171的一侧，与另一个所述第六锚点21806相连接的另两组固定第一检测极板2172位于与其相对应的可动第一检测极板2171的另一侧，以确保进行差分电容的检测。
所述第二转动质量块221为一个，如图5a及图5b所示，偏心设置在两个驱动质量块211之间、位于所述四个第一转动质量块213围成的区域内且设置在所述第七锚点21807围成的区域内，悬于第一基板上，所述第二转动质量块221与其相对应的所述第一基板上的第二检测电极121相配合，用于检测第五方向的外部加速度，其中，所述第二检测电极121为两对且分别对称分布在第二斜检测梁2297两侧；所述第二转动质量块221以第三方向或第四方向为轴进行离开所述微机电六轴惯性传感器所在平面地扭转振动。
需要说明的是，所述第二转动质量块221设置在所述第七锚点21807围成的区域内，但其并不与所述第七锚点21807存在连接关系，即包含所述第二转动质量块221和第二平动质量块222的所述三轴加速度传感器和三轴角速度传感器相互独立。
需要进一步说明的是，如图5b所示，一个所述第二转动质量块221与设置在其中的第八锚点22808相对应，且通过第二斜检测梁2297与所述第八锚点22808相连接；同时，所述的偏心设置是指所述第二转动质量块221为偏心结构，其惯性质量中心不在第二斜检测梁2297所在的直线上，换言之，第二斜检测梁2297与所述第八锚点22808所在直线不为所述第二转动质量块221的对称轴。
所述第二平动质量块222为两个，如图5a所示，其设置在所述第二转动质量块221中且悬于第一基板上，一个第二平动质量块222以第三方向为自身的对称轴且可沿第三方向进行运动，用以检测第三方向的外部加速度；另一个第二平动质量块222以第四方向为自身的对称轴且可沿第四方向进行运动，用以检测第四方向的外部加速度。一个所述的第二平动质量块222与两组第二检测极板223、两个第十锚点22810和两个第九锚点22809相对应，其中，以第三方向为自身的对称轴且可沿第三方向运动的第二平动质量块222，与对称分布在第三方向两侧的两组第二检测极板223、对称分布在第三方向两侧的两个第十锚点22810和对称分布在第四方向两侧的两个第九锚点22809相对应；以第四方向为自身的对称轴且可沿第四方向运动的第二平动质量块222，与对称分布在第四方向两侧的两组第二检测极板223、对称分布在第四方向两侧的两个第十锚点22810和对称分布在第三方向两侧的两个第九锚点22809相对应。
需要指出的是，所述第二平动质量块222与第二转动质量块221之间不存在连接关系。
所述第二检测极板223为四组，如图5a所示，设置在与其对应的第二平动质量块222中，均悬于第一基板之上，其中，两组第二检测极板223、两个第十锚点22810和两个第九锚点22809对应一个第二平动质量块222。具体地，如图5c所示，对称分布在第三方向两侧的两组第二检测极板223设置在以第三方向为自身的对称轴的第二平动质量块222中，且二者相配合以检测第三方向的外部加速度；对称分布在第四方向两侧的两组第二检测极板223设置在以第四方向为自身的对称轴的第二平动质量块222中，且二者相配合以检测第四方向的外部加速度。同时，对称分布在第三方向两侧的两组第二检测极板223与对称分布在第三方向两侧的两个第十锚点22810和相对应，对称分布在第四方向两侧的两组第二检测极板223与对称分布在第四方向两侧的两个第十锚点22810相对应。
需要说明的是，在本实施例中，请参阅图5c，每组所述第二检测极板223均包括沿梳齿长度方向相对交叉对应的可动第二检测极板2231和固定第二检测极板2232，同时，所述的可动第二检测极板2231与第二平动质量块222相连接，所述的固定第二检测极板2232与第十锚点22810相连接。
本实施例中，如图3至图4d所示，所述三轴角速度传感器具体连接方式如下：
一个所述驱动质量块211，与位于其外侧的所述的两个第一锚点21801、一个第二锚点21802、一组驱动梳齿214、一对反馈梳齿215和一对纠偏梳齿216相对应，且与设置在其内的所述的一个第一平动质量块212和设置在其一侧且形成在第二方向一侧的两个第一转动质量块213相对应，其中，两个第一锚点21801和一个第二锚点21802形成三点支撑结构。具体地，两个所述驱动质量块211通过所述耦合梁2193相连接；一个所述驱动质量块211，通过位于其外侧角部的所述的第一驱动梁2191与第一锚点21801相连接，通过位于两个驱动质量块211围成区域中的所述第二驱动梁2192与第二锚点21802相连接，通过位于所述第一平动质量块212两侧（平行于第一方向的两边）的第一检测梁2194与第一平动质量块212相连接，通过端点形成在所述第一转动质量块213自身对称轴上的斜驱动梁2195与第一转动质量块213相连接，通过一组驱动梳齿214与第三锚点21803相结合，通过一对反馈梳齿215与第四锚点21804相结合，通过一对纠偏梳齿216与第五锚点21805相结合，其中，所述的可动驱动梳齿2141、可动反馈梳齿2151和可动纠偏梳齿2161分别与其对应的驱动质量块211相连接，所述的固定驱动梳齿2142与第三锚点21803相连接，所述的固定反馈梳齿2152与第四锚点21804相连接，所述的固定纠偏梳齿2162与第五锚点21805相连接。
一个所述平动质量块212，与设置在其中的所述的对称分布在第一方向和第二方向两侧的四组第一检测极板217和对称分布在第一方向两侧的两个第六锚点21806相对应，其中，对称分布在第二方向两侧的两组固定第一检测极板2172与位于其中间的一个第六锚点21806的相连接，对称分布在第二方向两侧的两组可动第一检测极板2171与所述第一平动质量块212相连接。
需要特别说明的是，如图4c所示，一个第六锚点21806a1与另一个第六锚点21806a2对称分布于第一方向两侧，与所述的一个第六锚点21806a1相连接的两组固定第一检测极板2172a1位于与其相对应的可动第一检测极板2171a1一侧，与另一个所述第六锚点21806a2相连接的另两组固定第一检测极板2172a2位于与其相对应的可动第一检测极板2171a2的另一侧，以确保进行差分电容的检测。
一个所述第一转动质量块213与一个斜驱动梁2195、第一斜检测梁2196和第七锚点21807相对应，其中，所述斜驱动梁2195、第一斜检测梁2196各自的端点均形成在所述第一转动质量块213自身对称轴上，而且所述斜驱动梁2195和第一斜检测梁2196分别位于其对应的第一转动质量块213的两侧，所述第七锚点21807设置在两个驱动质量块211之间且位于所述四个第一转动质量块213围成的区域内；同时，一个所述第一转动质量块213与两个形成在第一基板上表面的第一检测电极113相对应。具体地，一个所述的第一转动质量块213，通过斜驱动梁2195同与其对应的驱动质量块211相连接，通过第一斜检测梁2196与第七锚点21807相连接，即所述的斜驱动梁2195与驱动质量块211和第一转动质量块213的连接点、第一斜检测梁2196与第一转动质量块213和第七锚点21807的连接点均位于其对应的第一转动质量块213自身的对称轴上。
本实施例中，如图3、图5a至图5c所示，所述三轴加速度传感器具体连接方式如下：
一个所述第二转动质量块221与设置在其中的第八锚点22808、及两对形成于第一基板上表面的分别对称分布在第二斜检测梁2297两侧的第二检测电极121相对应，其中，所述第二转动质量块221为偏心结构，其惯性质量中心不在第二斜检测梁2297所在的直线上。具体地，所述第二转动质量块221通过第二斜检测梁2297与设置在其中的第八锚点22808相连接，所述第二转动质量块221与两对第二检测电极121相配合用于检测第五方向的外部加速度。
一个第二平动质量块222对应两个第九锚点22809、两个第十锚点22810及两组第二检测极板223，所述第二平动质量块222通过第二检测梁2298与第九锚点22809连接，且通过第二检测极板223与第十锚点22810进行结合。具体地，以第三方向为自身对称轴的第二平动质量块222通过第二检测梁2298与对称分布在第四方向两侧的两个第九锚点22809相连接，且该第二平动质量块222通过对称分布在第三方向两侧的两组第二检测极板223与对称分布在第三方向两侧的第十锚点22810进行结合，其中，所述的可动第二检测极板2231与其对应的第二平动质量块222相连接，所述的固定第二检测极板2232与第十锚点22810相连接；另一个以第四方向为自身对称轴的第二平动质量块222相应的连接关系与上述类似，只是第三方向和第四方向的相应区别，在此不再一一赘述。
为了更好的理解所述微机电六轴惯性传感器各组件的结构及其连接方式和作用，结合图3、图4a、图5a，对所述微机电六轴惯性传感器中三轴角速度传感器和三轴加速度传感器的工作原理进行说明。
如图3及图4a所示，所述微机电六轴惯性传感器中的三轴角速度传感器可同时检测相互正交的三个方向的外部角速度，即相互正交第三方向、第四方向和第五方向的外部角速度（其中所述两个方向位于所述微机电六轴惯性传感器中三轴角速度传感器所在的平面内，另一个所述方向垂直于所述微机电六轴惯性传感器中三轴角速度传感器所在的平面），也可只检测一个方向的外部角速度（即所述的第三方向、第四方向或第五方向的外部角速度）或只检测相互垂直的两个方向的外部角速度（即第三方向和第四方向的外部角速度、第三方向和第五方向的外部角速度、或第四方向和第五方向的外部角速度）。
具体地，在本实施例中，以分别单独检测相互正交的三个方向中的一个方向的外部角速度为例进行说明，当同时检测相互正交的三个方向的外部角速度时，则为分别检单独测情况的组合。其中，被检测的相互正交的三个方向是第三方向（X轴方向）、第四方向（Y轴方向）、第五方向（Z轴方向）。
所述微机电六轴惯性传感器中的三轴角速度传感器静止时如图4a所示。若在与所述驱动梳齿214相对应的锚点（在本实施例中为第三锚点21803）上表面的焊盘（未图示）上施加一定频率的交变驱动电压，且此时没有被检测的外部角速度，则所述微机电六轴惯性传感器中的三轴角速度传感器开始工作并处于最初的驱动状态，所述两个第一平动质量块212，随其对应的驱动质量块211一起进行无相对位移的沿第一方向的反相振动（请参阅图4a粗箭头方向），为平动形式的驱动；所述四个第一转动质量块213，在所述微机电六轴惯性传感器中的三轴角速度传感器所在平面内以第五方向（Z轴方向，垂直于所述微机电六轴惯性传感器中的三轴角速度传感器所在平面）为中心轴角振动，为转动形式的驱动。
当只有垂直于所述微机电六轴惯性传感器中的三轴角速度传感器所在平面的第五方向（Z轴方向）有外部角速度
Figure BDA00002679190400161
时，即
Figure BDA00002679190400162
为预检测的第五方向（Z轴方向）的外部角速度，所述微机电六轴惯性传感器中的三轴角速度传感器处于检测模态，所述的两个第一平动质量块212与其对应的第一检测极板217（即设置在所述第一平动质量块212中的第一检测极板）相配合，用以检测第五方向的被检测的外部角速度，具体地，即所述的驱动质量块211、第一平动质量块212、及设置在第一平动质量块212中的第一检测极板217和第六锚点21806组合，用以检测第五方向的被检测的外部角速度。此时，由于前述驱动模态下第一平动质量块212为沿第一方向的反相振动（请参阅图4a中粗箭头方向），则受到的驱动为平动形式的驱动，当垂直于所述微机电六轴惯性传感器中的三轴角速度传感器所在平面的第五方向（Z轴方向）有外部角速度
Figure BDA00002679190400163
时，在垂直于第一方向的第二方向（如图4a中细箭头所示）产生由第五方向的外部角速度引起Coriolis力，即产生Coriolis加速度，使所述两个第一平动质量块212沿第二方向（请参阅图4a中细箭头方向）进行反相振动，即所述两个第一平动质量块212受第五方向的外部角速度影响沿第二方向反相振动，此时，其余各该质量块仍保持驱动模态下的状态。如图4c所示，设置在所述的第一平动质量块212中的并与其相连接的四组可动第一检测极板2171a1和2171a2也沿第二方向进行反相振动，而与所述的可动第一检测极板2171a1和2171a2相对应的四组固定第一检测极板2172a1和2172a2是与固定在所述第一基板上的第六锚点21806a1和21806a2相连，因此，可动第一检测极板2171a1和2171a2和与其相对应的固定第一检测极板2172a1和2172a2之间的距离发生变化，相对于初始距离d0存在位移Δd，从而引起一对（两个）对称分布在所述的第六锚点21806a1两侧的可动第一检测极板2171a1及其对应的固定第一检测极板2172a1之间的电容C1、以及另一对（两个）对称分布在所述的第六锚点21806a2两侧的可动第一检测极板2171a2及其对应的固定第一检测极板2172a2之间的电容C2发生变化，具体地，由于固定第一检测极板2172a1位于与可动第一检测极板2171a1一侧且固定第一检测极板2172a2位于可动第一检测极板2171a2的另一侧，则当固定第一检测极板2172a1与可动第一检测极板2171a1之间的距离增加即电容C1减小时，固定第一检测极板2172a2与可动第一检测极板2171a2之间的距离减少即电容C2增加。在本实施例中，固定第一检测极板2172与可动第一检测极板2171的交叉部分的长度L相等，且对应所述的第六锚点21806的固定第一检测极板2172与可动第一检测极板2171的个数相等。在本实施例中，如图4c所示，定义对称分布在第六锚点21806a1两侧的可动第一检测极板2171a1及其对应的固定第一检测极板2172a1之间的检测差分电容为ΔC1、以及对称分布在第六锚点21806a2两侧的两个可动第一检测极板2171a2及其对应的固定第一检测极板2172a2之间的检测差分电容为ΔC2，进而对应二者之和的差分电容ΔC由下述公式表示：
ΔC = | ΔC 1 | + | ΔC 2 | = ( 2 ϵ 0 L d 0 - 2 ϵ 0 L d 0 + Δd ) + ( 2 ϵ 0 L d 0 - Δd - 2 ϵ 0 L d 0 ) = 4 ϵ 0 LΔd d 0 2 - Δd 2 = 4 C 0 d 0 Δd d 0 2 - Δd 2
其中，ε0为空气的介电常数，L为静止或驱动模态下固定第一检测极板2172与可动第一检测极板2171的交叉部分的长度，d0为静止或驱动模态下一个固定第一检测极板2172与可动第一检测极板2171的交叉部分之间的距离，Δd为可动第一检测极板2171a1和2171a2与固定第一检测极板2172a1和2172a2之间的位移距离，C1为两个固定第一检测极板2172a1及其对应的可动第一检测极板2171a1之间的电容，C2为两个固定第一检测极板2172a2及其对应的可动第一检测极板2171a2之间的电容，C0为静止或驱动模态下的C1和C2，ΔC为两个固定第一检测极板2172a1及其对应的可动第一检测极板2171a1、及两个固定第一检测极板2172a2及其对应的可动第一检测极板2171a2之间的检测差分电容，ΔC1为两个固定第一检测极板2172a1及其对应的可动第一检测极板2171a1之间的检测差分电容，ΔC2为两个固定第一检测极板2172a2及其对应的可动第一检测极板2171a2之间的检测差分电容。
由公式
Figure BDA00002679190400172
可知，由于外部角速度
Figure BDA00002679190400173
与Coriolis加速度
Figure BDA00002679190400174
成正比例关系，从而与检测差分电容ΔC也成正比例关系，因此，通过检测差分电容ΔC的变化，就可以得出外部角速度
Figure BDA00002679190400175
的值，其中，
Figure BDA00002679190400176
为质量块绕Z轴转动存在Z轴方向的角速度，
Figure BDA00002679190400177
为质量块沿X轴方向的速度，
Figure BDA00002679190400178
为质量块在Y轴上受到的Coriolis力的加速度。
请参阅图4a，四组设置在一个所述的第一平动质量块212中的固定第一检测极板2172与可动第一检测极板2171之间的电容变化为上述ΔC的多个总和，可以通过形成在所述的第六锚点21806上表面的焊盘（未图示）实现电连通来获得第一检测极板217的电容变化。
需要特别说明的是，所述驱动质量块211和第一平动质量块212均为两个，目的是为了避免另有外加的沿第二方向的加速度对检测第五方向的外部角速度造成的干扰。因为被检测的第五方向的外部角速度引起的Corilis力的加速度是沿第二方向的加速度，当另有外加的沿第二方向的加速度，且所述驱动质量块211和第一平动质量块212均为一个时，该另外加的沿第二方向的加速度对Corilis力的加速度造成干扰，从而导致第一检测极板217的电容变化受到另外加的沿第二方向的加速度的干扰，降低了检测第五方向的外部角速度的检测精度；但是，当另有外加的沿第二方向的加速度，且所述驱动质量块211和第一平动质量块212均为两个时，由于所述另外加的沿第二方向的加速度的方向对于两个第一平动质量块212而言为同一方向，且两个第一平动质量块212为沿第二方向发生反相振动，因此只要进行差分处理，就可以消除另外加的沿第二方向的加速度对第五方向的外部角速度引起的Corilis力的加速度的影响，从而降低干扰，提高第五方向的外部角速度的检测精度。
预检测的外部角速度只为第三方向（X轴方向）的外部角速度
Figure BDA00002679190400181
时，即只有位于所述微机电六轴惯性传感器中的三轴角速度传感器所在平面的第三方向（X轴方向）有外部角速度
Figure BDA00002679190400182
时，所述微机电六轴惯性传感器中的三轴角速度传感器处于检测模态，所述的以第四方向（Y轴方向）为自身对称轴的一对第一转动质量块213配合其对应的第一检测电极113，用以检测第三方向（X轴方向）的被检测的外部角速度由于前述驱动模态下两对第一转动质量块213在所述微机电六轴惯性传感器中的三轴角速度传感器所在平面内以第五方向（Z轴方向，垂直于所述微机电六轴惯性传感器中的三轴角速度传感器所在平面）为中心轴角振动，则受到的驱动为转动形式的驱动，此时，如图3及图4a所示，所述的驱动质量块211、第一转动质量块213、对应第一转动质量块213的第一检测电极113、连接第一转动质量块213和第七锚点21807的第一斜检测梁2196、及设置在第一转动质量块213外的斜驱动梁2195组合，用以检测第三方向（X轴方向）的被检测的外部角速度
Figure BDA00002679190400184
即以第四方向（Y轴方向）为自身对称轴的一对第一转动质量块213配合其对应的第一检测电极113，用以检测第三方向（X轴方向）的被检测的外部角速度
Figure BDA00002679190400185
同理，当预检测的外部角速度只为第四方向（Y轴方向）的外部角速度
Figure BDA00002679190400186
时，所述的以第三方向（X轴方向）为自身对称轴的一对第一转动质量块213配合其对应的第一检测电极113，用以检测第四方向（Y轴方向）的被检测的外部角速度
Figure BDA00002679190400191
现仅以预检测的外部角速度为第三方向（X轴方向）的外部角速度
Figure BDA00002679190400192
进行说明：图4a及4d所示，所述的斜驱动梁2195和第一斜检测梁2196位于第一转动质量块213两侧且二者的端点均位于其对应的所述第一转动质量块213自身的对称轴（第四方向即Y轴方向）上。由于受到转动形式的驱动
Figure BDA00002679190400193
且当位于所述微机电六轴惯性传感器中的三轴角速度传感器所在平面的第三方向（X轴方向）有外部角速度
Figure BDA00002679190400194
时，所述微机电六轴惯性传感器中的三轴角速度传感器处于检测模态，则以第四方向即Y轴方向为自身的对称轴的所述第一转动质量块213因为Coriolis力的存在，而在Y轴方向上受到一个转矩
Figure BDA00002679190400195
而通过其对应的斜驱动梁2195、第一斜检测梁2196和第七锚点21807，绕其自身的对称轴（第四方向即Y轴方向）角振动，即以第四方向即Y轴方向为自身的对称轴的第一转动质量块213受第三方向的外部角速度影响其自身的对称轴（第四方向即Y轴方向）进行离开所述微机电六轴惯性传感器所在平面地扭转角振动，此时，其余各该质量块仍保持驱动模态下的状态。由于以第四方向即Y轴方向为自身的对称轴的第一转动质量块213以第四方向为中心轴进行离开所述微机电六轴惯性传感器所在平面地扭转角振动，则其自身和与其相对应的第一检测电极113之间距离d0′发生变化，存在位移Δd′，从而引起二者之间的电容C1′和C2′发生变化，当所述以第四方向即Y轴方向为自身的对称轴的第一转动质量块213绕第四方向（Y轴方向）进行离开所述微机电六轴惯性传感器所在平面地扭转角振动时，其自身和与其相对应的一个第一检测电极113之间的距离减小即电容C1′增大时，则其自身和与其相对应的另一个第一检测电极113之间的距离增大即电容C2′减小，从而得出以第四方向即Y轴方向为自身的对称轴的第一转动质量块213与第一检测电极113之间的差分电容ΔC′。
由公式
Figure BDA00002679190400196
可知，由于外部角速度与Coriolis力引起的角加速度
Figure BDA00002679190400198
加速度成正比例关系，从而与检测差分电容ΔC′也成正比例关系，因此，通过检测差分电容ΔC′的变化，就可以得出外部角速度
Figure BDA00002679190400199
的值，其中，为预检测的X轴方向的外部角速度，
Figure BDA000026791904001911
为微机电六轴惯性传感器中的三轴角速度传感器的质量块在外力的驱动下绕着Z轴方向转动的角速度，
Figure BDA000026791904001912
为微机电六轴惯性传感器中的三轴角速度传感器的质量块在Y轴上受到的Coriolis力引起的角加速度。
由于预检测的外部角速度为第四方向（Y轴方向）的外部角速度
Figure BDA00002679190400201
与预检测的外部角速度为第三方向（X轴方向）的外部角速度
Figure BDA00002679190400202
的原理类似，故不再一一赘述。
需要说明的是，所述被检测的角速度为第三方向、第四方向和第五方向的外部角速度，在其他实施例中，可以只检测一个方向的角速度，即位于所述微机电六轴惯性传感器中的三轴角速度传感器所在平面的第三方向的外部角速度、位于所述微机电六轴惯性传感器中的三轴角速度传感器所在平面的第四方向的外部角速度、或垂直于所述微机电六轴惯性传感器中的三轴角速度传感器所在平面的第五方向有外部角速度；也可以检测相互垂直的两个方向的角速度，即第三方向和第四方向的角速度、第三方向和第五方向的角速度、或第四方向和第五方向的角速度，其中，同时检测相互垂直的两个方向的角速度为分别单独检测情况的组合，与本实施例中相关说明的陈述相同，故不再一一赘述。
如图3及图5a所示，所述微机电六轴惯性传感器中的三轴加速度传感器可同时检测相互正交的三个方向的外部加速度，即相互正交第三方向、第四方向和第五方向的外部加速度（其中所述两个方向位于所述微机电六轴惯性传感器中三轴加速度传感器所在的平面内，另一个所述方向垂直于所述微机电六轴惯性传感器中三轴加速度传感器所在的平面），也可只检测一个方向的外部加速度（即所述的第三方向、第四方向或第五方向的外部加速度）或只检测相互垂直的两个方向的外部加速度（即第三方向和第四方向的外部加速度、第三方向和第五方向的外部加速度、或第四方向和第五方向的外部加速度）。
具体地，在本实施例中，以分别单独检测相互正交的三个方向中的一个方向的外部加速度为例进行说明，当同时检测相互正交的三个方向的外部加速度时，则为分别检单独测情况的组合。其中，被检测的相互正交的三个方向是第三方向（X轴方向）、第四方向（Y轴方向）、第五方向（Z轴方向）。
当只有垂直于所述微机电六轴惯性传感器中的三轴加速度传感器所在平面的第五方向（Z轴方向）有外部加速度时，由于所述第二转动质量块221为偏心结构，即其惯性质量中心不在连接所述第二转动质量块221和第八锚点22808的第二斜检测梁2297所在的直线上，则第二斜检测梁2297上受到一个力矩，引起第二转动质量块221进行离开所述微机电六轴惯性传感器所在平面地扭转运动，进而引起第二转动质量块221与其下相对应的第二检测电极121之间的电容变化，通过检测差分电容的变化，就可以得出第五方向（Z轴方向）外部加速度的值，其中，该检测差分电容的变化类似于第一转动质量块213与其对应的第一检查电极113之间的差分电容的变化，在此不再一一赘述。
第二平动质量块222通过第二检测梁2298与第九锚点22809连接，且通过第二检测极板223与第十锚点22810进行结合，其中，第二检测梁2298的形变方向即为其检测的外部加速度的方向。预检测的外部加速度只为第三方向（X轴方向）的外部加速度时，以第三方向（X轴方向）为自身对称轴的第二平动质量块222沿第三方向运动，引起第二检测极板223中可动第二检测极板2231和固定第二检测极板2232之间距离的变化，进而引起检测电容的变化，该检测电容的变化类似于第一检测极板的相应变化，在此不再一一赘述。另外，由于预检测的外部加速度为第四方向（Y轴方向）的外部加速度与预检测的外部加速度为第三方向（X轴方向）的外部加速度的原理类似，故也不再一一赘述。
综上所述，本发明提出一种在三轴微机电角速度传感器（微陀螺）中心集成三轴微机电加速度传感器的新型单片集成的微机电六轴惯性传感器，与现有的分离式设计相比：
1）本发明的三轴微机电角速度传感器和三轴微机电加速度传感器的惯性质量中心重合，从而提高了传感器的组合解析精度；
2）本发明外围的三轴微机电角速度传感器为对称结构（惯性质量块几何对称配置），且与驱动质量块连接的锚点形成三点支撑结构，提高了传感器的抗冲击性，从而其可靠性更高、稳定性能更好；
3）本发明采用两对第一转动质量块分别或同时检测所述传感器所在平面内相互垂直的两个方向外部角速度，从而有效减少了检测信号之间的耦合，提高了信噪比，提高了被检测方向的外部角速度检测精度；
4）本发明利用斜驱动梁实现平动驱动向转动驱动的变换，减小了传感器尺寸，提高了传感器的集成度和基板面积利用效率，使本发明具有集成密度高、占用面积小、成本低等优势。
所以，本发明有效克服了现有技术中的多种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (15)

1.一种微机电六轴惯性传感器，其特征在于，所述微机电六轴惯性传感器由三轴角速度传感器及设置于其内、并与其惯性质量中心重合的且相互独立的三轴加速度传感器组成，其中，所述三轴角速度传感器包括：形成在第一基板上表面的第一检测电极和形成于第二基板的两个驱动质量块、两个第一平动质量块、四个第一转动质量块、驱动梳齿、反馈梳齿、八组第一检测极板和与三轴角速度传感器相对应的锚点及弹性梁；所述三轴加速度传感器包括：形成在第一基板上表面的第二检测电极和形成于第二基板的一个第二转动质量块、两个第二平动质量块、四组第二检测极板和与三轴加速度传感器相对应的锚点及弹性梁；
所述微机电六轴惯性传感器至少包括：
第一基板，包括位于其上表面的第一检测电极及第二检测电极；
第二基板，位于所述第一基板上表面，包括：
两个驱动质量块，悬于第一基板上，对称分布在第二方向两侧且可沿第一方向运动；
两个第一平动质量块，设置在与其对应的驱动质量块中且悬于第一基板上，对称分布在第二方向两侧，可沿第一方向或第二方向运动，用以检测第五方向外部角速度；
四个第一转动质量块，设置在与其对应的驱动质量块的一侧且位于所述两个驱动质量块围成的区域中，悬于第一基板上，与所述第一基板上的第一检测电极相对应，两两对称分布在第一方向和第二方向两侧，同时，一对相对的第一转动质量块均以第三方向为自身的对称轴用以检测位于第四方向的外部角速度，另一对相对的第一转动质量块均以第四方向为自身的对称轴用以检测位于第三方向的外部角速度，各该第一转动质量块在所述微机电六轴惯性传感器所在平面内以第五方向为中心轴振动或绕自身的对称轴振动；
驱动梳齿和反馈梳齿，位于其对应的驱动质量块的外侧且均悬于第一基板之上，每组驱动梳齿或反馈梳齿对称分布在第一方向或第二方向两侧；
八组第一检测极板，设置在与其对应的第一平动质量块中且均悬于第一基板之上，对称分布在第一方向和第二方向两侧，用于与其对应的第一平动质量块相配合以检测第五方向外部角速度；
一个第二转动质量块，偏心设置在两个驱动质量块之间、位于所述四个第一转动质量块围成的区域内且悬于第一基板上，与所述第一基板上的第二检测电极相对应，所述第二转动质量块以第三方向或第四方向为轴振动，用于检测第五方向的外部加速度；
两个第二平动质量块，设置在所述第二转动质量块中且悬于第一基板上，一个第二平动质量块以第三方向为自身的对称轴且可沿第三方向运动用以检测第三方向的外部加速度；另一个第二平动质量块以第四方向为自身的对称轴且可沿第四方向运动用以检测第四方向的外部加速度；
四组第二检测极板，设置在与其对应的第二平动质量块中，均悬于第一基板之上，其中，两组第二检测极板对称分布在第三方向两侧，与以第三方向为自身的对称轴的第二平动质量块相配合以检测第三方向的外部加速度，两组第二检测极板对称分布在第四方向两侧，与以第四方向为自身的对称轴的第二平动质量块相配合以检测第四方向的外部加速度；
其中，第一方向、第二方向、第三方向、第四方向均位于所述微机电六轴惯性传感器所在的平面，第五方向垂直于所述微机电六轴惯性传感器所在的平面，第三方向与第一方向夹角为45°，第四方向与第一方向夹角为135°，且第三方向、第四方向、第五方向彼此正交，第一方向、第二方向、第五方向彼此正交；
所述的两个驱动质量块之间、驱动质量块和第一平动质量块之间、驱动质量块和第一转动质量块之间以弹性梁进行连接，各该驱动质量块、第一转动质量块和第二转动质量块分别通过弹性梁连接与其对应的锚点，各该第一平动质量块通过所述第一检测极板与其对应的锚点进行结合，各该第二平动质量块与其对应的锚点通过弹性梁及第二检测极板进行结合，其中，所述弹性梁悬于第一基板之上，所述锚点固定在所述第一基板上。
2.根据权利要求1所述的微机电六轴惯性传感器，其特征在于：所述微机电六轴惯性传感器还包括位于其对应的驱动质量块的外侧、悬于第一基板之上、对称分布在第一方向或第二方向两侧的纠偏梳齿。
3.根据权利要求1所述的微机电六轴惯性传感器，其特征在于：所述驱动梳齿或所述反馈梳齿的任意一种为一对且对称分布在第二方向两侧，另一种为两对且每对对称分布在第一方向两侧；或者所述驱动梳齿和所述反馈梳齿均为两对且每对均对称分布在第一方向两侧。
4.根据权利要求2所述的微机电六轴惯性传感器，其特征在于：所述驱动梳齿、所述反馈梳齿、或所述纠偏梳齿中的任意一种为一对且对称分布在第二方向两侧，其余两种分别为两对且每对对称分布在第一方向两侧。
5.根据权利要求1所述的微机电六轴惯性传感器，其特征在于：所述驱动质量块通过第一驱动梁与第一锚点相连接、通过第二驱动梁与第二锚点相连接、通过驱动梳齿与第三锚点相结合、通过反馈梳齿与第四锚点相结合；所述两个驱动质量块之间通过耦合梁连接，其中，所述的第一驱动梁、第二驱动梁和耦合梁均为所述弹性梁的一种。
6.根据权利要求2所述的微机电六轴惯性传感器，其特征在于：所述驱动质量块通过第一驱动梁与第一锚点相连接、通过第二驱动梁与第二锚点相连接、通过驱动梳齿与第三锚点相结合、通过反馈梳齿与第四锚点相结合、通过纠偏梳齿与第五锚点相结合；所述两个驱动质量块之间通过耦合梁连接，其中，所述的第一驱动梁、第二驱动梁和耦合梁均为所述弹性梁的一种。
7.根据权利要求5或6所述的微机电六轴惯性传感器，其特征在于：两个第一锚点和一个第二锚点对应同一个驱动质量块，且分布于与其对应的驱动质量块的外侧形成三点支撑结构。
8.根据权利要求1或2所述的微机电六轴惯性传感器，其特征在于：所述的一个第一平动质量块与一个驱动质量块相对应，且所述第一平动质量块通过第一检测梁与其对应的驱动质量块相连接，并通过第一检测极板与第六锚点相结合，其中，所述第一检测梁为所述弹性梁的一种。
9.根据权利要求1或2所述的微机电六轴惯性传感器，其特征在于：四组所述第一检测极板和两个第六锚点与一个第一平动质量块相对应，且设置在与其对应的第一平动质量块中，所述第一检测极板包括沿梳齿长度方向相对交叉对应的可动第一检测极板和固定第一检测极板，其中，所述的可动第一检测极板与第一平动质量块相连接，所述的固定第一检测极板与第六锚点相连接，四组所述第一检测极板对称分布在第一方向和第二方向两侧，两个第六锚点对称分布在第一方向两侧。
10.根据权利要求9所述的微机电六轴惯性传感器，其特征在于：在同一个第一平动质量块中，与一个所述第六锚点相连接的两组固定第一检测极板于与其相对应的可动第一检测极板的一侧，与另一个所述第六锚点相连接的另两组固定第一检测极板位于与其相对应的可动第一检测极板的另一侧。
11.根据权利要求1或2所述的微机电六轴惯性传感器，其特征在于：两个第一转动质量块与一个驱动质量块相对应，且每个第一转动质量块与一个斜驱动梁、一个第一斜检测梁、及第七锚点相对应，其中，所述第一转动质量块通过斜驱动梁与其对应的驱动质量块相连接，并通过第一斜检测梁与第七锚点相连接，同时，所述斜驱动梁和第一斜检测梁的端点均位于其对应的第一转动质量块自身的对称轴上，且所述斜驱动梁和第一斜检测梁均位于其对应的第一转动质量块的两侧，其中，所述的斜驱动梁和第一斜检测梁均为所述弹性梁的一种。
12.根据权利要求11所述的微机电六轴惯性传感器，其特征在于：所述第七锚点设置在两个驱动质量块之间、位于所述四个第一转动质量块围成的区域内；所述第七锚点为一封闭的框且所述第二转动质量块和第二平动质量块均设置在其框内，或者所述第七锚点为与四个第一转动质量块分别对应的四个锚点且所述第二转动质量块和第二平动质量块均设置在该四个锚点围成的区域内。
13.根据权利要求1或2所述的微机电六轴惯性传感器，其特征在于：所述第二转动质量块通过第二斜检测梁与设置在其中的第八锚点相连接，所述第二转动质量块与分别对称分布在第二斜检测梁两侧的第二检测电极相对应，其中，所述第二转动质量块为偏心结构，其惯性质量中心不在第二斜检测梁所在的直线上。
14.根据权利要求1或2所述的微机电六轴惯性传感器，其特征在于：各该第二平动质量块通过第二检测梁与第九锚点连接，且通过第二检测极板与第十锚点进行结合。
15.根据权利要求14所述的微机电六轴惯性传感器，其特征在于：两组所述第二检测极板、两个第十锚点和两个第九锚点与一个第二平动质量块相对应；所述第二检测极板均包括沿梳齿长度方向相对交叉对应的可动第二检测极板和固定第二检测极板，其中，所述的可动第二检测极板与第二平动质量块相连接，所述的固定第二检测极板与第十锚点相连接。
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