CN106871886B - 振动模块以及陀螺仪 - Google Patents
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Abstract
一种陀螺仪，包括一振动模块，所述振动模块用于检测XY平面外的振动信号，所述振动模块在XY平面内包括相互垂直且相互连接的沿着X方向的第一悬臂梁和沿着Y方向第二悬臂梁，所述第一悬臂梁的末端连接第一质量块，所述第二悬臂梁的末端连接第二质量块，至少一个质量块与对应的悬臂梁之间的连接结构中包括折叠梁，所述折叠梁的设置方向与设置所述折叠梁的悬臂梁的轴向垂直。
Description
技术领域
本发明涉及微机械技术领域，尤其涉及一种振动模块以及采用所述振动模块的陀螺仪。
背景技术
MEMS(Micro Electro Mechanical System，微机电系统)陀螺仪利用科里奥利力(Coriolis force，又称为科氏力)现象。科氏力是对旋转体系中进行直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述。科里奥利力来自于物体运动所具有的惯性，在旋转体系中进行直线运动的质点，由于惯性的作用，有沿着原有运动方向继续运动的趋势，但是由于体系本身是旋转的，在经历了一段时间的运动之后，体系中质点的位置会有所变化，而它原有的运动趋势的方向，如果以旋转体系的视角去观察，就会发生一定程度的偏离。MEMS陀螺仪体积小、成本低、集成性好，已得以越来越广泛的应用，如在移动终端、相机防抖、游戏手柄、玩具飞机、导航等产品中。
MEMS陀螺仪包括驱动部分和检测部分，通过驱动和检测运动的耦合作用实现对运动角速度的测量。当陀螺处于驱动运动模态，并且在与驱动模态运动轴向垂直的第二方向有角速度输入时，由于哥氏效应陀螺仪在检测轴向产生检测模态运动，通过测量检测模态运动的位移，即刻测定物体的转动角速度。所述测量检测模态运动的位移可以通过测量电容的变化来实现，例如，通过在谐振条件下确定由移动电极的运动所产生的电容的变化，来以电容方法来检测检测模态运动的位移，电容的检测可以通过叉指电极或者平板电极来实现。随着微机电陀螺技术的发展，高集成度、低成本的两轴或者三轴测量陀螺满足了现代消费电子产品的需求，成为微机电陀螺仪发展的趋势。
双轴陀螺仪需要至少两个方向上的检测质量块，一种有效的方法是采用十字梁将两个方向上的质量块连接在一起。而十字梁的缺点在于X+和X-(或Y+和Y-)方向上设置的两组质量块的振动，会传递到Y+和Y-(或X+和X-)方向上的质量块，从而导致陀螺质量块对转动角速度的灵敏度降低。因此，在双轴陀螺仪中如何避免垂直方向上的两组质量块的振动相互传递，是先有技术中亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种振动模块以及陀螺仪，避免垂直方向上的两组质量块的振动相互传递。
为了解决上述问题，本发明提供了一种振动模块，包括在一平面内设置的相互垂直且相互连接的第一悬臂梁和第二悬臂梁，所述第一悬臂梁的末端连接第一质量块，所述第二悬臂梁的末端连接第二质量块，至少一个质量块与对应的悬臂梁之间的连接结构中包括折叠梁，所述折叠梁的设置方向与设置所述折叠梁的悬臂梁的轴向垂直。
可选的，所述折叠梁的数目是两个，所述两个折叠梁的设置方向均与设置所述折叠梁的悬臂梁的轴向垂直，且所述两个折叠梁沿着设置所述折叠梁的悬臂梁的中心轴相互对称。
可选的，第一质量块和第二质量块与对应的悬臂梁之间的连接结构中都包括两个折叠梁，所述两个折叠梁的设置方向均与设置所述折叠梁的悬臂梁的轴向垂直，且所述两个折叠梁沿着设置所述折叠梁的悬臂梁的中心轴相互对称。
可选的，第一质量块和第一悬臂梁之间通过连接梁连接，所述连接梁的数目是两个，所述两个连接梁的设置方向均与设置所述连接梁的悬臂梁的轴向垂直，且所述两个连接梁沿着设置所述连接梁的悬臂梁的中心轴相互对称，所述第一折叠梁是所述连接梁的一部分。
可选的，所述振动模块还包括与第一悬臂梁和第二悬臂梁在同一平面内，且相互垂直且相互连接的第三悬臂梁和第四悬臂梁，第三悬臂梁还与第二悬臂梁相互垂直且相互连接，第四悬臂梁还与第一悬臂梁相互垂直且相互连接，以构成十字梁，所述第三悬臂梁的末端连接第三质量块，所述第四悬臂梁的末端连接第四质量块。
可选的，第三质量块和第四质量块中的至少一个与对应的悬臂梁之间的连接结构中包括两个折叠梁，所述两个折叠梁的设置方向均与设置所述折叠梁的悬臂梁的轴向垂直，且所述两个折叠梁沿着设置所述折叠梁的悬臂梁的中心轴相互对称。
本发明还提供了一种陀螺仪，包括一振动模块，所述振动模块用于检测XY平面外的振动信号，所述振动模块在XY平面内包括相互垂直且相互连接的沿着X方向的第一悬臂梁和沿着Y方向第二悬臂梁，所述第一悬臂梁的末端连接第一质量块，所述第二悬臂梁的末端连接第二质量块，至少一个质量块与对应的悬臂梁之间的连接结构中包括折叠梁，所述折叠梁的设置方向与设置所述折叠梁的悬臂梁的轴向垂直。
可选的，所述折叠梁的数目是两个，所述两个折叠梁的设置方向均与设置所述折叠梁的悬臂梁的轴向垂直，且所述两个折叠梁沿着设置所述折叠梁的悬臂梁的中心轴相互对称。
可选的，第一质量块和第二质量块与对应的悬臂梁之间的连接结构中都包括两个折叠梁，所述两个折叠梁的设置方向均与设置所述折叠梁的悬臂梁的轴向垂直，且所述两个折叠梁沿着设置所述折叠梁的悬臂梁的中心轴相互对称。
可选的，第一质量块和第一悬臂梁之间通过连接梁连接，所述连接梁的数目是两个，所述两个连接梁的设置方向均与设置所述连接梁的悬臂梁的轴向垂直，且所述两个连接梁沿着设置所述连接梁的悬臂梁的中心轴相互对称，所述第一折叠梁是所述连接梁的一部分。
可选的，所述振动模块还包括与第一悬臂梁和第二悬臂梁在同一平面内，且相互垂直且相互连接的沿着X方向的第三悬臂梁和沿着Y方向第四悬臂梁，以构成十字梁，所述第三悬臂梁的末端连接第三质量块，所述第四悬臂梁的末端连接第四质量块。
可选的，第三质量块和第四质量块与对应的悬臂梁之间的连接结构中都包括两个折叠梁，所述两个折叠梁的设置方向均与设置所述折叠梁的悬臂梁的轴向垂直，且所述两个折叠梁沿着设置所述折叠梁的悬臂梁的中心轴相互对称。
上述折叠梁的作用是避免质量块在面外振动时，将振动通过悬臂梁传导至其它质量块。在某一质量块在面外振动时，质量块与设置该质量块的悬臂梁之间的作用力是通过折叠梁传导的，而对称设置的两个折叠梁能够为悬臂梁和质量块之间提供一对相反方向的作用力，对振动起到缓冲的作用，降低悬臂梁的振动幅度。因此只要在X和Y方向上的择一设置折叠梁，就可以起到避免振动传递的效果。
而一种优选的方式是在X和Y方向上都设置折叠梁。这样当去缓冲后残余的小幅度振动传导至其他悬臂梁时，在该悬臂梁末端对称设置的折叠梁又能够为悬臂梁和质量块之间提供相反方向的作用力，对振动再次起到缓冲的作用，避免了质量块随之振动。
附图说明
附图1所示是本发明的具体实施方式所述的陀螺仪在XY平面结构示意图。
附图2A是附图1中第一悬臂梁与第一质量块之间通过第一折叠梁连接的放大结构示意图。
附图2B是附图1中第二悬臂梁与第二质量块之间通过第二折叠梁连接的放大结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的振动模块以及陀螺仪的具体实施方式做详细说明。
附图1所示是本具体实施方式所述的陀螺仪在XY平面结构示意图，包括一振动模块。所述振动模块包括在XY平面内设置的相互连接的沿着X方向的第一悬臂梁11和沿着Y方向的第二悬臂梁12。第一悬臂梁11和第二悬臂梁12相互垂直。所述第一悬臂梁11的末端连接第一质量块11M，所述第二悬臂梁12的末端连接第二质量块12M。
附图2A所示是附图1中第一悬臂梁11与第一质量块11M之间通过第一折叠梁21T连接结构示意图。在本具体实施方式中，第一质量块11M与对应的第一悬臂梁11之间的连接结构中包括对称设置的两个第一折叠梁21T，所述两个第一折叠梁21T的设置方向沿着Y方向，与第一悬臂梁11的轴向X方向垂直，且所述两个第一折叠梁21T沿着第一悬臂梁11的中心轴A-A相互对称。并且第一折叠梁21T是设置在连接梁21C上的，是连接梁21C的一部分。两个连接梁21C连接第一质量块11M和第一悬臂梁11。连接梁21C设置方向也是沿着Y方向，与第一悬臂梁11的轴向X方向垂直，且所述两个连接梁21C沿着第一悬臂梁11的中心轴A-A相互对称。对称设置的连接梁能够对第一质量块11M沿着Y方向的振动起到强的限制作用，而对第一质量块11M沿着其他平动或转动的方向的振动起到弱的限制作用
附图2B所示是附图1中第二悬臂梁12与第二质量块12M之间通过第二折叠梁22T连接结构示意图。在本具体实施方式中，第二质量块12M与对应的第二悬臂梁12之间的连接结构中包括对称设置的两个第二折叠梁22T，所述两个第二折叠梁22T的设置方向沿着X方向，与第二悬臂梁12的轴向Y方向垂直，且所述两个第二折叠梁22T沿着第二悬臂梁12的中心轴B-B相互对称。并且第二折叠梁22T也是设置在连接梁22C上的，是连接梁22C的一部分。关于连接梁22C请参考附图2A的叙述。
上述第一折叠梁21T和第二折叠梁22T的作用是为了避免第二质量块12M在面外振动时，将振动通过第二悬臂梁12和第一悬臂梁11传导至第一质量块11M。在第二质量块12M在面外振动时，第二质量块12M与第二悬臂梁12之间的作用力是通过第二折叠梁22T传导的，因此第二折叠梁22T的作用在于对此震动起到缓冲的作用。而对称设置的两个第二折叠梁22T能够进一步对称地分散第二悬臂梁12和第二质量块12M之间的作用力，对振动起到更有效的缓冲作用，降低第二悬臂梁12的振动幅度。而当被缓冲后残余的小幅度振动传导至第一悬臂梁11时，第一折叠梁21T能够为第一悬臂梁11和第一质量块11M之间提供相反方向的作用力，对振动再次起到缓冲的作用，避免了第一质量块11M随之振动。对称设置的两个第一折叠梁21T同样是一种优选的实施方式。同样的，第一质量块11M在面外振动时，第一折叠梁21T和第二折叠梁22T也可以避免振动传导至第一质量块12M。
从上述叙述中可以看出，第一折叠梁21T和第二折叠梁22T的作用是类似的，因此，为了避免振动传导，应当在至少一个质量块与对应的悬臂梁之间的连接结构中包括上述折叠梁，而优选的方式是在两个质量块与对应的悬臂梁之间的连接结构中都设置折叠梁。
继续参考附图1，本具体实施方式中，还包括与第一悬臂梁11和第二悬臂梁12同在XY平面内，且相互连接的沿着X方向的第三悬臂梁13和沿着Y方向的第四悬臂梁14。由于第三悬臂梁13是沿着X方向的，因此第三悬臂梁13还与沿着Y方向的第二悬臂梁12相互垂直。同样的，沿着Y方向的第四悬臂14梁还与沿着X方向的第一悬臂梁11相互垂直。上述四个悬臂梁彼此连接，构成十字梁。所述第三悬臂梁13的末端连接第三质量块13M，所述第四悬臂梁14的末端连接第四质量块14M。
本具体实施方式中，为了充分过滤振动，第三质量块13M和第四质量块14M与对应的悬臂梁之间的连接结构中都包括两个折叠梁，所述两个折叠梁的设置方向均与设置所述折叠梁的悬臂梁的轴向垂直，且所述两个折叠梁沿着设置所述折叠梁的悬臂梁的中心轴相互对称。详细设置方式和作用请参考上述对第一折叠梁21T和第二折叠梁22T作用的解释。在其它的具体实施方式中，第三质量块13M和第四质量块14M应当至少一个与对应的悬臂梁之间的连接结构中包括折叠梁。
上述折叠梁的作用是避免质量块在面外振动时，将振动通过悬臂梁传导至其它质量块。在某一质量块在面外振动时，质量块与设置该质量块的悬臂梁之间的作用力不是直接发生传递，而是通过折叠梁传导的，因此可以有效的对振动起到缓冲你作用，尤其是对称设置的两个折叠梁效果更佳，能够进一步降低悬臂梁的振动幅度。因此只要在X和Y方向上的择一设置折叠梁，就可以起到缓冲振动的效果。
而一种优选的方式是在X和Y方向上都设置折叠梁。这样当缓冲后残余的小幅度振动传导至其他悬臂梁时，在该悬臂梁末端对称设置的折叠梁又能够为悬臂梁和质量块之间提供相反方向的作用力，对振动再次起到缓冲的作用，避免了质量块随之振动。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种振动模块，包括在一平面内设置的相互垂直且相互连接的第一悬臂梁和第二悬臂梁，所述第一悬臂梁的末端连接第一质量块，所述第二悬臂梁的末端连接第二质量块，其特征在于，至少一个质量块与对应的悬臂梁之间的连接结构中包括折叠梁，所述折叠梁的设置方向与设置所述折叠梁的悬臂梁的轴向垂直，所述折叠梁的数目是两个，所述两个折叠梁的设置方向均与设置所述折叠梁的悬臂梁的轴向垂直，且所述两个折叠梁沿着设置所述折叠梁的悬臂梁的中心轴相互对称。
2.根据权利要求1所述的振动模块，其特征在于，第一质量块和第二质量块与对应的悬臂梁之间的连接结构中都包括两个折叠梁，所述两个折叠梁的设置方向均与设置所述折叠梁的悬臂梁的轴向垂直，且所述两个折叠梁沿着设置所述折叠梁的悬臂梁的中心轴相互对称。
3.根据权利要求1所述的振动模块，其特征在于，第一质量块和第一悬臂梁之间通过连接梁连接，所述连接梁的数目是两个，所述两个连接梁的设置方向均与设置所述连接梁的悬臂梁的轴向垂直，且所述两个连接梁沿着设置所述连接梁的悬臂梁的中心轴相互对称，所述折叠梁是所述连接梁的一部分。
4.根据权利要求1所述的振动模块，其特征在于，所述振动模块还包括与第一悬臂梁和第二悬臂梁在同一平面内，且相互垂直且相互连接的第三悬臂梁和第四悬臂梁，第三悬臂梁还与第二悬臂梁相互垂直且相互连接，第四悬臂梁还与第一悬臂梁相互垂直且相互连接，以构成十字梁，所述第三悬臂梁的末端连接第三质量块，所述第四悬臂梁的末端连接第四质量块。
5.根据权利要求4所述的振动模块，其特征在于，第三质量块和第四质量块中的至少一个与对应的悬臂梁之间的连接结构中包括两个折叠梁，所述两个折叠梁的设置方向均与设置所述折叠梁的悬臂梁的轴向垂直，且所述两个折叠梁沿着设置所述折叠梁的悬臂梁的中心轴相互对称。
6.一种陀螺仪，包括一振动模块，所述振动模块用于检测XY平面外的振动信号，所述振动模块在XY平面内包括相互垂直且相互连接的沿着X方向的第一悬臂梁和沿着Y方向第二悬臂梁，所述第一悬臂梁的末端连接第一质量块，所述第二悬臂梁的末端连接第二质量块，其特征在于，至少一个质量块与对应的悬臂梁之间的连接结构中包括折叠梁，所述折叠梁的设置方向与设置所述折叠梁的悬臂梁的轴向垂直，
所述折叠梁的数目是两个，所述两个折叠梁的设置方向均与设置所述折叠梁的悬臂梁的轴向垂直，且所述两个折叠梁沿着设置所述折叠梁的悬臂梁的中心轴相互对称。
7.根据权利要求6所述的陀螺仪，其特征在于，第一质量块和第二质量块与对应的悬臂梁之间的连接结构中都包括两个折叠梁，所述两个折叠梁的设置方向均与设置所述折叠梁的悬臂梁的轴向垂直，且所述两个折叠梁沿着设置所述折叠梁的悬臂梁的中心轴相互对称。
8.根据权利要求6所述的陀螺仪，其特征在于，第一质量块和第一悬臂梁之间通过连接梁连接，所述连接梁的数目是两个，所述两个连接梁的设置方向均与设置所述连接梁的悬臂梁的轴向垂直，且所述两个连接梁沿着设置所述连接梁的悬臂梁的中心轴相互对称，所述折叠梁是所述连接梁的一部分。
9.根据权利要求6所述的陀螺仪，其特征在于，所述振动模块还包括与第一悬臂梁和第二悬臂梁在同一平面内，且相互垂直且相互连接的沿着X方向的第三悬臂梁和沿着Y方向第四悬臂梁，以构成十字梁，所述第三悬臂梁的末端连接第三质量块，所述第四悬臂梁的末端连接第四质量块。
10.根据权利要求9所述的陀螺仪，其特征在于，第三质量块和第四质量块与对应的悬臂梁之间的连接结构中都包括两个折叠梁，所述两个折叠梁的设置方向均与设置所述折叠梁的悬臂梁的轴向垂直，且所述两个折叠梁沿着设置所述折叠梁的悬臂梁的中心轴相互对称。
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