CN108369096A - 对线加速度和角加速度鲁棒的偏航率陀螺仪 - Google Patents

Abstract

一种陀螺仪包括四个驱动质块和四个感测质块。每个驱动质块与两个其它驱动质块相邻并且与第四个驱动质块相对，并且每个感测质块与两个其它感测质块相邻并且与第四个感测质块相对。每个驱动质块可以以垂直于其相邻驱动质块并且平行且反相于其相对质块的方式振动。每个感测质块的感测运动可以以防止由于线加速度或角加速度引起的运动的方式被耦合。

Description

对线加速度和角加速度鲁棒的偏航率陀螺仪

背景技术

诸如智能电话、智能手表、平板电脑、汽车、空中无人驾驶飞机、电器、飞行器、锻炼辅助设备和游戏控制器之类的许多物品在其操作期间可以利用运动传感器。在许多应用中，各种类型的运动传感器(诸如加速度计和陀螺仪)可以被独立地分析或一起分析，以确定特定应用的各种信息。例如，陀螺仪和加速度计可以用于游戏应用(例如，智能电话或游戏控制器)以捕获用户的复杂运动，无人机和其它飞行器可以基于陀螺仪测量结果(例如，滚动、俯仰和偏航)确定朝向，并且车辆可以利用测量结果确定方向(例如，用于航位推算)和安全性(例如，识别打滑或翻转状况)。

诸如加速度计、陀螺仪、压力传感器和麦克风之类的许多传感器被实现为微机电系统(MEMS)传感器。使用硅制造技术来制造传感器的微机械部件，并且那些微机械部件基于特定微机械部件的设计响应于由传感器测量的某些外部刺激而做出响应(例如，移动)。例如，通过测量移动的微机械部件和传感器的固定部件之间的相对距离，可以测量微机械部件对外部刺激的响应。

在MEMS陀螺仪的情况下，使某些微机械部件以驱动频率振动。多个部件常常由许多弹簧物理连接，每个弹簧被设计为使得能够在某些方向上运动，同时限制在其它方向上的运动。当以驱动频率振动的质块(mass)由于旋转而受到沿着垂直于驱动轴的轴的科里奥利力时，如果弹簧或其它结构特征不阻止这种运动，它将沿着这个科里奥利轴移动(例如，“感测”轴或“科里奥利”轴)。这个科里奥利力与旋转的角速度成比例。然后可基于质块(或者在一些应用中，通过附加弹簧连接的附加检测质块)在感测方向的运动(例如，基于移动的感测质块与陀螺仪的固定部件之间的相对距离)来感测这种运动。

MEMS陀螺仪可以在除了角速度之外还可能受到许多其它力的设备中实现。例如，陀螺仪也可以由于线加速度和角加速度而受到力。这些力可能施加到MEMS陀螺仪的部件(诸如驱动和感测质块)，从而导致被不正确地解释为由科里奥利力引起的移动或者由于科里奥利力而修改运动。

发明内容

示例性陀螺仪可以包括四个驱动质块，其中四个驱动质块中的每一个在第一平面中振动，其中第一驱动质块与第二驱动质块和第四驱动质块相邻定位并且与第三驱动质块相对，其中第二驱动质块与第一驱动质块和第三驱动质块相邻定位并且与第四驱动质块相对，其中第三驱动质块与第二驱动质块和第四驱动质块相邻定位并且与第一驱动质块相对，并且其中第四驱动质块与第三驱动质块和第一驱动质块相邻定位并且与第二驱动质块相对。陀螺仪还可以包括一个或多个驱动电极，其中这一个或多个驱动电极使第一驱动质块和第三驱动质块平行且反相地振动，并且其中这一个或多个驱动电极使第二驱动和第四驱动质块平行且反相地振动，并且其中第一驱动质块和第三驱动质块的振动垂直于第二驱动质块和第四驱动质块的振动。陀螺仪还可以包括四个感测质块，其中这四个感测质块中的每一个与四个驱动质块中的一个相关联，其中这四个感测质块中的每一个响应于由陀螺仪旋转引起的科里奥利力而在感测轴上移动，并且其中这四个感测质块中的每一个的感测轴垂直于相关联的驱动质块的振动和陀螺仪的旋转轴。陀螺仪还可以包括多个感测耦合链接，其中每个感测质块通过这多个感测耦合链接中的一个或多个枢转耦合到其它感测质块中的两个。

示例性陀螺仪可以包括四个驱动质块，其中这四个驱动质块中的每一个在第一平面中振动，其中第一驱动质块与第二驱动质块和第四驱动质块相邻定位并且与第三驱动质块相对，其中第二驱动质块与第一驱动质块和第三驱动质块相邻定位并且与第四驱动质块相对，其中第三驱动质块与第二驱动质块和第四驱动质块相邻定位并且与第一驱动质块相对，并且其中第四驱动质块与第三驱动质块和第一驱动质块相邻定位并且与第二驱动质块相对。陀螺仪还可以包括多个驱动耦合链接，其中这多个驱动耦合链接使第一驱动质块和第三驱动质块平行且反相地振动，并且其中这多个驱动耦合链接使第二驱动质块和第四驱动质块平行且反相地振动，并且其中第一驱动质块和第三驱动质块的振动垂直于第二驱动质块和第四驱动质块的振动。陀螺仪还可以包括四个感测质块，其中这四个感测质块中的每一个与四个驱动质块中的一个相关联，其中这四个感测质块中的每一个响应于由陀螺仪旋转引起的科里奥利力而在感测轴上移动，并且其中四个感测质块中的每一个的感测轴垂直于相关联的驱动质块的振动和陀螺仪的旋转轴。陀螺仪还可以包括多个感测耦合链接，其中这多个感测耦合链接使第一感测质块和第三感测质块响应于科里奥利力而平行且反相地振动，并且其中这多个感测耦合链接使第二感测质块和第四感测质块响应于科里奥利力而平行且反相地振动，并且其中第一感测质块和第三感测质块的振动垂直于第二感测质块和第四感测质块的振动。

示例性陀螺仪可以包括四个驱动质块，其中这四个驱动质块中的每一个在第一平面中振动，其中第一驱动质块与第二驱动质块和第四驱动质块相邻定位并且与第三驱动质块相对，其中第二驱动质块与第一驱动质块和第三驱动质块相邻定位并且与第四驱动质块相对，其中第三驱动质块与第二驱动质块和第四驱动质块相邻定位并且与第一驱动质块相对，并且其中第四驱动质块与第三驱动质块和第一驱动质块相邻定位并且与第二驱动质块相对。陀螺仪可以包括多个驱动耦合链接，其中这多个驱动耦合链接防止四个驱动质块响应于线加速度或角加速度而移动。陀螺仪可以包括四个感测质块，其中这四个感测质块中的每一个与四个驱动质块中的一个相关联，其中这四个感测质块中的每一个响应于由陀螺仪的旋转引起的科里奥利力而在感测轴上移动，并且其中这四个感测质块中的每一个的感测轴垂直于相关联的驱动质块的振动和陀螺仪的旋转轴。陀螺仪还可以包括多个感测耦合链接，其中这多个感测耦合链接防止四个感测质块响应于线加速度或角加速度而移动。

附图说明

结合附图考虑以下具体实施方式，本公开的上述和其它特征、其性质以及各种优点将变得更加明显，其中：

图1示出了根据本公开的一个实施例的说明性运动处理系统；

图2示出了描绘根据本公开的一个实施例的示例性陀螺仪的驱动和感测运动的说明性示图；

图3示出了描绘根据本公开的一个实施例的示例性陀螺仪的驱动和感测运动的说明性示意图；

图4示出了描绘根据本公开的一个实施例的示例性感测质块的枢转运动的说明性示图；

图5示出了根据本公开的一些实施例的具有对不期望的力有鲁棒性的架构的示例性陀螺仪设计；

图6示出了描绘根据本公开的一个实施例的示例性陀螺仪的驱动和感测运动的说明性示图；

图7示出了描绘根据本公开的一个实施例的示例性感测质块的枢转运动的说明性示图；以及

图8示出了根据本公开的一些实施例的具有对不期望的力有鲁棒性的架构的示例性陀螺仪设计。

具体实施方式

陀螺仪可以是具有对线加速度和角加速度有鲁棒性的配置的偏航率陀螺仪。陀螺仪的驱动质块的驱动运动可以被平衡，并且驱动质块可以以防止线加速度或角加速度影响驱动质块的驱动运动的方式耦合。感测质块可以以使得感测质块的感测运动被平衡的方式耦合到驱动质块。感测质块还可以以防止线加速度或角加速度影响感测质块的感测运动的方式彼此耦合。

驱动质块的示例性配置可以包括四个驱动质块，这些驱动质块被布置为使得每个驱动质块与两个其它驱动质块相邻并且与第四个驱动质块相对。每个驱动质块可以以垂直于其相邻驱动质块并且平行且反相于其相对质块的方式振动。这种驱动运动可以使质块朝着第一拐角点或象限集合以及第二拐角点或象限集合交替移动。感测质块可以以类似的方式移动。

图1描绘了根据本公开的一些实施例的示例性运动处理系统10。虽然在图1中描绘了特定部件，但将理解的是，对于不同的应用和系统，可以根据需要使用传感器、处理部件、存储器和其它电路系统的任意合适组合。在如本文描述的实施例中，运动处理系统可以包括至少一个MEMS陀螺仪12和支持电路系统(诸如处理电路系统14和存储器16)。在一些实施例中，一个或多个附加的传感器18(例如，附加的MEMS陀螺仪、MEMS加速度计、MEMS麦克风、MEMS压力传感器和指南针)可以被包括在运动处理系统10内，以提供集成的运动处理单元(“MPU”)(例如，包括MEMS轴陀螺仪感测的3个轴、MEMS加速度计感测的3个轴、麦克风、压力传感器和指南针)。

处理电路系统14可以包括基于运动处理系统10的要求来提供必要处理的一个或多个部件。在一些实施例中，处理电路系统14可以包括硬件控制逻辑，硬件控制逻辑可以被集成在传感器(诸如陀螺仪12)的芯片内(例如，MEMS陀螺仪的基板或盖子上，或芯片的与陀螺仪相邻的部分上)，以控制陀螺仪12的操作并执行陀螺仪12的处理的各方面。在一些实施例中，陀螺仪12可以包括允许硬件控制逻辑的操作的各方面被修改的一个或多个寄存器(例如，通过修改寄存器的值)。其它传感器18可以以类似的方式操作。在一些实施例中，处理电路系统14还可以包括处理器(诸如微处理器)，其执行例如存储在存储器16中的软件指令。微处理器可以通过与硬件控制逻辑o2交互来控制陀螺仪12的操作，并且处理从陀螺仪12接收的测量信号。微处理器可以以类似的方式与其它传感器交互。

虽然在一些实施例(图1中未描绘)中，陀螺仪12或其它传感器18可以直接与外部电路系统通信(例如，经由串行总线或到传感器输出和控制输入的直接连接)，但在一个实施例中，处理电路系统14可以处理从陀螺仪12和其它传感器18接收的数据，并且经由通信接口20(例如，SPI或I2C总线，或者在汽车应用中是控制器区域网络(CAN)或本地互连网络(LIN)总线)与外部部件通信。处理电路系统14可以将从陀螺仪12和其它传感器18接收到的信号转换到适当的测量单元(例如，基于由通过通信总线20通信的其它计算单元提供的设置)并且执行更复杂的处理，以确定诸如朝向或欧拉角之类的测量结果，并且在一些实施例中，根据传感器数据确定特定活动(例如，步行、跑步、刹车、打滑、翻滚等等)是否正在发生。

在一些实施例中，可以在可被称为传感器融合的处理中基于来自多个陀螺仪12和传感器18的数据确定某些类型的信息。通过结合来自各种传感器的信息，可以准确地确定在各种应用中有用的信息，诸如图像稳定、导航系统、汽车控制和安全、航位推算、远程控制和游戏设备、活动传感器、三维相机、工业自动化以及众多其它应用。

MEMS陀螺仪通常可以具有多个微机械部件，这些微机械部件用于测量围绕轴的旋转(例如，俯仰、翻滚和/或偏航)。微机械部件可以包括位于陀螺仪的设备平面中的多个质块、梳、电极、杠杆、臂、弹簧以及其它类似部件。在一些实施例中，质块可以悬挂在设备平面中。通常通过静电驱动系统(诸如驱动电极或驱动梳)使微机械部件中的一个或多个振动。使部件(例如，驱动质块)在驱动轴上以驱动频率振动。虽然可以测量来自驱动质块的旋转，但在许多陀螺仪中，多个质块(例如，科里奥利质块、检测质块、感测质块等)通过弹簧彼此耦合，基于弹簧的设计和放置，这常常限制质块在某些方向上的运动自由度。

在驱动轴上振动的质块可以由于陀螺仪绕轴旋转而受到力。这个科里奥利力沿着垂直于驱动轴和陀螺仪绕其旋转的轴两者的轴(即，感测轴)施加在质块上。当受到科里奥利力的质块(例如，感测质块)在感测轴上自由移动时(例如，基于质块和弹簧的配置)，这个感测质块将在感测轴上振动。在示例性偏航率MEMS陀螺仪中，响应于那个轴上的驱动运动而使质块在第一轴中振动。围绕垂直于设备平面的轴的偏航旋转导致在设备平面中并且垂直于驱动轴和旋转轴两者的科里奥利力。基于感测质块相对于位于设备平面中的固定传感器的运动来测量陀螺仪的角速度。在一些实施例中，可以由诸如梳或板之类的电极来执行感测。

其中安装有陀螺仪12的设备受到沿着多个轴的各种类型的力。示例性偏航率陀螺仪可能在一个或多个方向上(包括在陀螺仪的驱动平面内)受到诸如线加速度之类的力。类似地，示例性偏航率陀螺仪还可能经历角加速度，这例如可以基于绕偏航旋转轴的顺时针或逆时针旋转来影响示例性偏航率陀螺仪的驱动和感测质块的运动。

在一个实施例中，示例性偏航率传感器的质块的运动可以相对于外部线加速度和角加速度进行平衡，使得外部加速度和角加速度的影响不会在感测质块的移动中表现出来。在示例性实施例中，可以基于驱动质块的驱动运动、驱动质块之间的耦合、感测质块之间的耦合或者其任意适当组合来获得陀螺仪设计的平衡。

图2示出了描绘根据本公开的一个实施例的示例性陀螺仪的驱动和感测运动的说明性示图。虽然图2的陀螺仪可以包括任何合适的部件，但是在示例性实施例中，图2的陀螺仪可以包括驱动质块220、240、260和280；科里奥利质块222、242、262和282；以及感测质块224、244、264和284。这些部件中的每一个可以位于(例如，悬挂)设备平面内，设备平面在平面中限定x轴和y轴，并且z轴垂直于平面。虽然未在图2的说明性示图中描绘，但是可以提供并配置多个附加部件(诸如弹簧、杠杆、驱动电极、感测电极、锚定件和其它类似部件)，以提供关于图2描述的运动和操作。

基于包括驱动一个或多个驱动质块的驱动电极以及在一些实施例中的将驱动质块彼此耦接并且使得驱动质块关于彼此运动的部件(诸如弹簧和杠杆)的驱动系统，可以使驱动质块220、240、260和280中的每一个在第一轴中振动。对于驱动质块中的每一个，驱动轴由相应的驱动箭头描绘，从而描绘与相应驱动器相关联的相应驱动质块的振动的单个方向。仅出于说明的目的，驱动箭头在单个方向上被描绘，并且将理解的是，驱动系统使质块沿着每个轴在两个方向上振动，并且类似地，也沿着科里奥利响应的每个轴在两个方向上经受科里奥利响应。

在一个实施例中，驱动质块中的每一个可以以这样的方式与其它驱动质块中的两个相邻定位：使得其耦合到相邻质块(例如，通过一个或多个弹簧、杠杆、臂等)而没有任何居间质块(例如，居间驱动质块、科里奥利质块或感测质块)。驱动质块中的每一个还可以以这样的方式与其它驱动质块之一相对定位：使得其通过居间质块(例如，居间驱动质块、科里奥利质块或感测质块)耦合到相对质块。驱动系统可以使每个质块垂直于其相邻的两个驱动质块并且平行且反相于其相对质块而移动。

图2描绘了驱动质块中的每一个的驱动运动的一个方向(例如，驱动箭头221与驱动质块220对应，驱动箭头241与驱动质块240对应，驱动箭头261与驱动质块260对应，并且驱动箭头281与驱动质块280对应)。如图2中所描绘的，当驱动质块220根据驱动箭头221在正y方向上移动时，驱动系统使驱动质块240和驱动质块280垂直于驱动箭头221移动，如在正x方向上由驱动箭头241并且在负x方向上由驱动箭头281所描绘的。如驱动箭头261所描绘的，驱动系统使驱动质块260在与驱动质块220相反的y方向上移动。当驱动系统使驱动质块在相反方向上移动时，驱动质块220在负y方向上(即，相反的驱动箭头221)移动，驱动质块240在负x方向上(即，相反的驱动箭头241)移动，驱动质块260在正y方向上(即，相反的驱动箭头261)移动，驱动质块280在正x方向上(即，相反的驱动箭头281)移动。

当驱动质块在由驱动箭头(即，驱动箭头221、241、261和281)指示的方向上移动时，驱动质块220和240都在陀螺仪的右上方的方向(例如，正x方向和正y方向)象限中移动，而驱动质块260和280都在陀螺仪的左下方的方向(例如，负x方向和负y方向)象限中移动。类似地，当驱动质块在与由驱动箭头指示的方向相反(即，与驱动箭头221、241、261和281的方向相反)的方向上移动时，驱动质块220和280都在陀螺仪的右下方的方向(例如，正x方向和负y方向)象限中移动，而驱动质块240和260都在陀螺仪的左上方的方向(例如，负x方向和正y方向)象限中移动。由于每个驱动质块的这种相对驱动运动，在存在线加速度或角加速度时陀螺仪平衡。

在一个实施例中，当陀螺仪在正x方向上经历线加速度时，驱动质块将在这个线加速度的方向上经历位移，例如，驱动质块240将经历与其箭头一致的位移，并且质块280将在与其箭头相反的方向上经历位移。但是，通过质块的配置禁止这种方式的移动，因为当质块240在正x方向上移动时质块280必须在负x方向上移动。感测质块224和264响应于x方向的线加速度以类似的方式起作用，驱动质块220和260以及感测质块244和284响应于y方向的线加速度也是如此。

在一个实施例中，当陀螺仪在顺时针方向上围绕z轴经历角加速度时，驱动质块将尝试根据由于加速度引起的动量而移动，例如，驱动质块240和280将试图与其箭头一致地移动，并且驱动质块220和260将试图在其箭头的相反方向上移动。但是，通过驱动质块的配置来防止这种方式的移动，因为一对驱动质块(例如，驱动质块对240/280或驱动质块对220/260)将被禁止响应于由于角加速度引起的动量而移动。对于以逆时针方向绕z轴旋转以及对于感测质块对224/264和244/284保持类似的平衡。

科里奥利质块(例如，科里奥利质块222、242、262和282)和感测质块(例如，感测质块224、244、264和284)的运动将关于驱动方向(如由驱动箭头221、241、261和281指示的)来描述。但是，将理解的是，通过相反方向的驱动运动，施加在科里奥利质块222、242、262和282以及感测质块224、244、264和284中的每一个上的科里奥利力将使每个质块在与由图2的箭头描绘的方向相反的方向上移动。而且，虽然图2的实施例描绘了由驱动质块驱动并且将感测质块与驱动运动隔离的科里奥利质块，但是在一个实施例中，可以从图2的结构中省略科里奥利质块，以允许驱动运动直接在驱动方向上驱动感测质块。

在一个实施例中，每个科里奥利质块可以与驱动质块相关联，使得其在相关联的驱动质块的驱动轴上振动(例如，科里奥利质块222与驱动质块220相关联，科里奥利质块242与驱动质块240相关联，科里奥利质块262与驱动质块260相关联，并且科里奥利质块282与驱动质块280相关联)。虽然来自相应驱动质块的驱动运动可以以任何合适的方式被传递到其相关联的科里奥利质块，但在一个实施例中，耦合链接(诸如一个或多个弹簧)沿着驱动轴(即，对于科里奥利质块222和驱动质块220是y轴，对于科里奥利质块242和驱动质块240是x轴，对于科里奥利质块262和驱动质块260是y轴，并且对于科里奥利质块282和驱动质块280是x轴)可以是刚性的。为了使科里奥利质块响应于在平面内并且垂直于驱动力的科里奥利力而移动，每个耦合链接(诸如一个或多个弹簧)沿着这个垂直轴(即，对于科里奥利质块222和驱动质块220是x轴，对于科里奥利质块242和驱动质块240是y轴，对于科里奥利质块262和驱动质块260是x轴，并且对于科里奥利质块282和驱动质块280是y轴)可以是柔性的。

图2描绘了围绕z轴的顺时针偏航旋转的示例性实施例。响应于施加在每个科里奥利质块上的驱动力，科里奥利质块在相应的驱动方向上移动，对于科里奥利质块222被描绘为科里奥利驱动箭头223，对于科里奥利质块242被描绘为科里奥利驱动箭头243，对于科里奥利质块262被描绘为科里奥利驱动箭头263，对于科里奥利质块282被描绘为科里奥利驱动箭头283。由于围绕z轴的顺时针旋转，每个科里奥利质块在设备平面中在垂直于驱动轴和旋转轴两者的方向上受到与偏航旋转的角速度成比例的科里奥利力。这对于科里奥利质块222被描绘为科里奥利箭头225，对于科里奥利质块242被描绘为科里奥利箭头245，对于科里奥利质块262被描绘为科里奥利箭头265并且对于科里奥利质块282被描绘为科里奥利箭头285。科里奥利质块响应于偏航旋转的运动以与驱动质块类似的方式被平衡，其中，响应于科里奥利力，科里奥利质块222和242都在陀螺仪的左上方向(例如，负x方向和正y方向)象限中移动，并且科里奥利质块262和282都在陀螺仪的右下方向(例如，正x方向和负y方向)象限中移动(例如，如由驱动质块和科里奥利质块在这些方向上的柔性耦合允许的)。以类似的方式，当驱动质块在相反方向上振动时，科里奥利质块222和282都在陀螺仪的右上方向(例如，正x方向和正y方向)象限中移动，而科里奥利质块242和262都在陀螺仪的左下方向(例如，负x方向和负y方向)象限中移动。

在一个实施例中，每个感测质块224、244、264和284可以以这种方式与相应的科里奥利质块222、242、262或282相关联：使得科里奥利质块的驱动运动不被传递到感测质块，但科里奥利质块响应于科里奥利力的运动被传递到感测质块。在一个实施例中，感测质块224可以通过在x轴上为刚性并且在y轴上为柔性的耦合链接(例如，一个或多个弹簧)耦合到科里奥利质块222，感测质块244可以通过在y轴上为刚性并且在x轴上为柔性的耦合链接耦合到科里奥利质块242，感测质块264可以通过在x轴上为刚性并且在y轴上为柔性的耦合链接耦合到科里奥利质块262，并且感测质块284可以通过在y轴上为刚性并且在x轴上为柔性的耦合链接耦合到科里奥利质块282。因此，感测质块224、244、264和284可以分别受到如由感测箭头226、246、266和286所描绘的科里奥利力。感测质块的移动可以使用例如固定在设备平面中并且在相对于感测质块的位置处的电极、感测梳或其它技术来感测。感测质块响应于偏航旋转的运动以与驱动和科里奥利质块类似的方式被平衡，其中响应于科里奥利力(例如，如通过与科里奥利质块的耦合链接的刚性方向传递到感测质块的)，感测质块224和244都在陀螺仪的左上方向(例如，负x方向和正y方向)象限中移动，并且感测质块264和284都在陀螺仪的右下方向(例如，正x方向和负y方向)象限中移动。以类似的方式，当驱动和科里奥利质块在相反的方向上振动时，感测质块224和284两者都在陀螺仪的右上方向(例如，正x方向和正y方向)象限中移动，而感测质块244和264都在陀螺仪的左下方向(例如，负x方向和负y方向)象限中移动。

图3示出了描绘根据本公开的一个实施例的示例性陀螺仪的驱动和感测运动的说明性示意图。在一个实施例中，图3中描绘的陀螺仪一般可以与图2中描绘的陀螺仪对应，使得驱动质块320、340、360和380与驱动质块220、240、260和280对应；科里奥利质块322、342、362和382与科里奥利质块222、242、262和282对应；感测质块324、344、364和384和感测质块224、244、264和284对应；驱动箭头321、341、361和381与驱动箭头221、241、261和281对应；科里奥利驱动箭头323、343、363和383与驱动箭头223、243、263和283对应；科里奥利箭头325、345、365和385与驱动箭头225、245、265和285对应；而感测箭头326、346、366和386与感测箭头226、246、266和286对应。

虽然可以使用任何合适的部件来提供驱动、感测和科里奥利质块之间的耦合链接，但是在如图3所描绘的一个实施例中，杠杆和弹簧的集合可以提供质块之间的耦合链接。将理解的是，图3中描绘和描述的杠杆和弹簧以及其它配置可以实现各种耦合质块之间的相同的相对运动。而且，将理解的是，除了图3中描绘的耦合链接部件之外，还可以提供附加的耦合链接部件。

在示例性实施例中，每个驱动质块可以通过两个弹簧(在图3中未标号)和驱动杠杆耦合到其两个相邻驱动质块中的每一个，使得驱动质块320通过两个弹簧和驱动杠杆327耦合到驱动质块340，使得驱动质块340通过两个弹簧和驱动杠杆347耦合到驱动质块360，使得驱动质块360通过两个弹簧和驱动杠杆367耦合到驱动质块380，并且使得驱动质块380通过两个弹簧和驱动杠杆387耦合到驱动质块320。驱动杠杆中的每一个通过相应的锚定件328、348、368或388锚定到基板，并且围绕该锚定件枢转。将驱动质块连接到锚定件的弹簧中的每一个在期望的驱动运动的方向上是刚性的并且在另一个方向上是柔性的。因此，驱动杠杆相对于驱动质块的朝向、弹簧的朝向、弹簧到驱动质块和驱动杠杆的附连点以及锚定点的位置共同将驱动质块的相应移动限制为平衡的驱动运动，如本文所述。

在由驱动箭头321、341、361和381所描绘的方向上的移动的一个实施例中，驱动杠杆327、347、367和387中的每一个围绕相应的锚定件328、348、368和388枢转，如由枢转箭头329、349、369和389所描绘的。例如，将驱动质块320附连到驱动杠杆327的弹簧沿着y轴是刚性的，并且驱动质块在y方向上的运动将围绕锚定件328推动或拉动驱动杠杆327。在图3所描绘的实施例中，如驱动箭头321所示的驱动质块320在正y方向上的运动将如箭头329所示围绕锚定件328推动驱动杠杆327，从而使驱动杠杆327在如驱动箭头341所描绘的正x方向上拉动驱动质块340。如驱动箭头341所示的驱动质块340在正x方向上的运动也将如枢转箭头329所示围绕锚定件328推动驱动杠杆327，从而使驱动杠杆327在驱动箭头321所描绘的正y方向上拉动驱动质块320。以类似的方式，沿着任何驱动质块的驱动轴的任何运动可以基于其两个相邻驱动质块通过驱动杠杆的连接引起它们在其驱动方向上的对应运动。以这种方式，驱动杠杆将驱动质块的移动限制为平衡的驱动运动，并且减少由线加速度或角加速度引起的驱动质块的运动。

驱动质块中的每一个通过在驱动方向上为刚性并且在科里奥利/感测方向上为柔性的弹簧耦合到其相应的科里奥利质块。以这种方式，相应驱动质块(例如，驱动质块320、340、360和380)在驱动箭头(例如，驱动箭头321、341、361和381)的方向上的驱动力使附连的科里奥利质块(例如，科里奥利质块322、342、362和382)在科里奥利驱动箭头(例如，科里奥利驱动箭头323、343、363、383)的方向上移动。在围绕z轴的顺时针方向旋转的示例性实施例中，每个科里奥利质块(例如，科里奥利质块322、342、362和382)将在其科里奥利箭头(例如，科里奥利箭头325，345、365和385)的方向上移动。类似地，将理解的是，响应于由图3的驱动箭头和科里奥利驱动箭头所描绘的相反方向上的驱动运动，顺时针旋转而引起的科里奥利力将响应于科里奥利力而在相反的方向上作用于科里奥利质块上。还将理解的是，在图3的驱动运动的情况下，由于围绕z轴的逆时针旋转而引起的科里奥利力将响应于科里奥利力而在相反的方向上作用于科里奥利质块上。

每个科里奥利质块上的科里奥利力通过沿着科里奥利力的轴(例如，对于科里奥利质块322和感测质块324是x轴，对于科里奥利质块342和感测质块344是y轴，对于科里奥利质块362和感测质块364是x轴，以及对于科里奥利质块382和感测质块384是x轴)为刚性并且沿着x轴或y轴中的另一个轴为柔性的弹簧被传递到其相关联的感测质块。在如图3所描绘的驱动方向和围绕z轴的顺时针旋转的实施例中，这将使感测质块324在感测箭头326的方向上移动，感测质块344在感测箭头346的方向上移动，感测质块364在感测箭头366的方向上移动，并且感测质块384在感测箭头386的方向上移动。这些感测运动可以被感测，例如通过锚定到陀螺仪的基板的固定感测电极(未在图3中描绘)。

在示例性实施例中，每个感测质块可以通过两个弹簧(在图3中未编号)和感测杠杆耦合到其两个相邻感测质块中的每一个，使得感测质块324通过两个弹簧和感测杠杆332耦合到感测质块344，使得感测质块344通过两个弹簧和感测杠杆352耦合到感测质块364，使得感测质块364通过两个弹簧和感测杠杆372耦合到感测质块384，并且使得感测质块384通过两个弹簧和感测杠杆392耦合到感测质块324。感测杠杆中的每一个通过相应的锚定件331、351、371或391锚定到基板，并围绕该锚定件枢转。将感测质块连接到锚定件的弹簧中的每一个在期望的感测运动的方向上是刚性的并且在另一个方向上是柔性的。因此，感测杠杆相对于感测质块的朝向、弹簧的朝向、弹簧到感测质块和感测杠杆的附连点以及锚定点的位置共同将感测质块的相应移动限制为平衡的感测运动，如本文所述。

在由感测箭头326、346、366和386描绘的方向上的移动的一个实施例中，感测杠杆332、352、372和392中的每一个围绕相应的锚定件331、351、371和391枢转，如由枢转箭头330、350、370和390所描绘的。例如，将感测质块324附连到感测杠杆332的弹簧沿着x轴是刚性的，并且感测质块在x方向上的运动将相对于锚定件331推动或拉动感测杠杆332。在图3所描绘的实施例中，如感测箭头326所示感测质块324在负x方向上的移动将如枢转箭头330所描绘的围绕锚定件331推动感测杠杆332，从而使感测杠杆332如感测箭头346所描绘的在正y方向上拉动感测质块344。感测质块344如枢转箭头346所示的在正y方向上的移动还将如由枢转箭头330所描绘的那样围绕锚定件331推动感测杠杆332，从而使感测杠杆332如由感测箭头326所描绘的在负x方向上拉动感测质块324。以类似的方式，沿着任何感测质块的感测轴的任何运动可以基于其两个相邻感测质块通过感测杠杆的连接引起它们在其感测方向上的对应运动。以这种方式，感测杠杆将感测质块的移动限制为平衡的感测运动，并减少由线加速度或角加速度造成的感测质块的运动。

图4示出了描绘根据本公开的一个实施例的示例性感测质块的枢转运动的说明性示图。图4中所描绘的部件和感测运动与图3中所描绘的部件和感测运动对应，例如，使得感测质块424与感测质块324对应，感测箭头426与感测箭头326对应，等等。感测质块中的每一个在没有任何旋转的情况下的初始位置由感测质块424的初始位置401、感测质块444的初始位置402、感测质块464的初始位置403和感测质块484的初始位置404描绘。

在没有围绕z轴的旋转时，感测质块将保持在其相应的初始位置，因为由感测质块上的线加速度或角加速度造成的任何位移将被感测质块相对于彼此的相对运动抵消，如感测杠杆所要求的。例如，由于沿着x轴的线加速度引起的任何位移将被将通过感测质块424和464在感测质块系统中产生的相反的力抵消。在使感测质块424在正x方向移动的线加速度的示例性实施例中，感测质块424将试图在正y方向拉动感测质块484并且在负y方向推动感测质块444。这些力将被感测质块464抵消，感测质块464将试图在负y方向上拉动感测质块484并且在正y方向上推动感测质块444。类似地，由其它方向上的线加速度或角加速度造成的位移将被感测质块配置的相反力抵消。

图4描绘了感测质块和感测杠杆响应于科里奥利力(例如，响应于图3中描绘的旋转和驱动方向)的移动。感测质块中的每一个(例如，感测质块424、444、464和484)在感测箭头(例如，感测箭头426、446、466和486)的方向上被施加有科里奥利力。感测杠杆(例如，感测杠杆432、452、472和492)被相应的感测质块(例如，对于感测杠杆432是感测质块424和444，对于感测杠杆452是感测质块444和464，对于感测杠杆472是感测质块464和484，并且对于感测杠杆492是感测质块484和424)推动和拉动，使得感测杠杆围绕锚定件枢转，如由枢转箭头所描绘的(例如，枢转箭头430描绘了感测杠杆432围绕锚定件431枢转，枢转箭头450描绘了感测杠杆452围绕锚定件451枢转，枢转箭头470描绘了感测杠杆472围绕锚定件471枢转，并且枢转箭头490描绘了感测杠杆492围绕锚定件491枢转。因此，感测杠杆促进由于角速度引起的感测质块的感测运动，同时防止由于线加速度和角加速度引起的运动。

图5示出了根据本公开的一些实施例的具有对不期望的力有鲁棒性的架构的示例性陀螺仪设计。图5中描绘的部件与图3中描绘的部件和感测运动对应，例如，使得驱动质块520与驱动质块320对应，科里奥利质块522与科里奥利质块322对应，感测质块524与感测质块324对应，驱动杠杆527与驱动杠杆327对应，感测杠杆532与感测杠杆332对应，等等。虽然在图5中未描绘驱动箭头、科里奥利驱动箭头、科里奥利箭头和感测箭头，但图5的陀螺仪的驱动、科里奥利作用和感测运动以图3中描绘的方式操作。而且，在图5中描绘或编号了附加部件，诸如驱动电极501、感测电极502和弹簧。

在一个实施例中，位于设备平面中的固定驱动电极501使驱动质块在驱动方向上移动(例如，以使驱动质块520在y轴上振动，使驱动质块540在x轴上振动，使驱动质块560在y轴上与驱动质块520反相振动，并且使驱动质块580在x轴上与驱动质块540反相振动)。驱动电极501可以以任何合适的方式实现(诸如驱动梳)，并且可以位于驱动驱动质块的任何合适位置(例如，在驱动质块内部的腔体内)。驱动感测电极(未描绘)可以感测驱动响应，并且在一些实施例中，驱动电极可以被定位成驱动少于全部的驱动质块，其中驱动运动通过驱动杠杆被传递到其它驱动质块。

在一些实施例中，每个驱动质块通过两个驱动弹簧和一个驱动杠杆耦合到其两个相邻的驱动质块。驱动弹簧在其相应的驱动质块的驱动轴上是刚性的并且在垂直方向上是柔性的(例如，驱动质块520的驱动耦合弹簧529在y轴上是刚性的，驱动质块540的驱动耦合弹簧549在x轴上是刚性的，驱动质块560的驱动耦合弹簧569在y轴上是刚性的，并且驱动质块580的驱动耦合弹簧589在x轴上是刚性的)。每个驱动杠杆通过相应的驱动耦合弹簧耦合到两个驱动质块并且以允许驱动杠杆响应于驱动运动而枢转的方式锚定。因此，驱动杠杆527可以绕锚定件528枢转，驱动杠杆547可以绕锚定件548枢转，驱动杠杆567可以绕锚定件568枢转，并且驱动杠杆587可以绕锚定件588枢转。

每个驱动质块可以通过弹簧耦合到相关联的科里奥利质块，弹簧在驱动轴上是刚性的并且在科里奥利轴上是柔性的。在一个实施例中，将驱动质块520连接到科里奥利质块522的驱动弹簧533在y轴上是刚性的并且在x轴上是柔性的，将驱动质块540连接到科里奥利质块542的驱动弹簧553在x轴上是刚性的并且在y轴上是柔性的，将驱动质块560连接到科里奥利质块562的驱动弹簧573在y轴上是刚性的并且在x轴上是柔性的，并且将驱动质块580连接到科里奥利质块582的驱动弹簧593在x轴上是刚性的并且在y轴上是柔性的。

每个科里奥利质块可以通过弹簧耦合到相关联的感测质块，弹簧在科里奥利轴上是刚性的并且在驱动轴上是柔性的，使得科里奥利力被传递到感测质块，但驱动力不被传递到感测质块。在一个实施例中，将科里奥利质块522连接到感测质块524的科里奥利弹簧534在x轴上是刚性的并且在y轴上是柔性的，将科里奥利质块542连接到感测质块544的科里奥利弹簧554在y轴上是刚性的并且在x轴上是柔性的，将科里奥利质块562连接到感测质块564的科里奥利弹簧574在x轴上是刚性的并且在y轴上是柔性的，并且将科里奥利质块582连接到感测质块584的科里奥利弹簧594在y轴上是刚性的并且在x轴上是柔性的。

虽然感测电极可以以任何合适的方式(例如，作为感测梳)来实现，但在一个实施例中，感测电极502可以位于感测质块的腔体内和设备平面中的固定位置处。当感测质块沿着其感测方向移动时，每个感测质块及其感测电极有效地形成电容器，这可以被用于测量感测质块的移动，其与角速度成比例。

在一些实施例中，每个感测质块通过两个感测耦合弹簧和感测杠杆耦合到其两个相邻感测质块。感测耦合弹簧在其相应的感测质块的感测轴上是刚性的并且在垂直方向上是柔性的(例如，感测质块524的感测耦合弹簧535在x轴上是刚性的，感测质块544的感测耦合弹簧555在y轴上是刚性的，感测质块564的感测耦合弹簧575在x轴上是刚性的，并且感测质块584的感测耦合弹簧595在y轴上是刚性的)。每个感测杠杆通过相应的感测耦合弹簧耦合到两个感测质块并且以允许感测杠杆响应于感测运动而枢转的方式被锚定。因此，感测杠杆532可以绕锚定件531枢转，感测杠杆552可以绕锚定件551枢转，感测杠杆572可以绕锚定件571枢转，并且感测杠杆592可以绕锚定件591枢转。

图6示出了描绘根据本公开的一个实施例的另一个示例性陀螺仪的驱动和感测运动的说明性示图。虽然图6的陀螺仪可以包括任何合适的部件，但是在示例性实施例中，图6的陀螺仪可以包括驱动质块620、640、660和680；感测质块622、642、662和682；以及感测杠杆632、652、672和692。这些部件中的每一个可以位于(例如，悬挂)设备平面内，设备平面在平面中限定x轴和y轴，并且z轴垂直于该平面。如图6中所描绘的，锚定件631、651、671和691可以在陀螺仪的平面中连接到感测杠杆632、652、672和692。虽然未在图6的说明性示图中描绘，但是可以设置并配置多个附加部件(诸如弹簧、杠杆、驱动电极、感测电极、锚定件和其它类似部件)，以提供关于图6描述的运动和操作。

基于包括驱动一个或多个驱动质块的驱动电极以及在一些实施例中将驱动质块彼此耦合并导致驱动质块相对于彼此的某些相对运动的部件(诸如弹簧和杠杆)的驱动系统，可以使驱动质块620、640、660和680中的每一个在第一轴中振动。对于驱动质块中的每一个，驱动轴由相应的驱动箭头描绘，从而描绘与相应驱动器相关联的相应驱动质块的振动的单个方向。仅出于说明的目的，驱动箭头在单个方向上被描绘，并且将理解的是，驱动系统使质块沿着每个轴在两个方向上都振动，并且类似地，也沿着科里奥利响应的每个轴在两个方向上经历科里奥利响应。

在一个实施例中，每个驱动质块可以以这样的方式与其它驱动质块中的两个相邻定位：使得它耦合到相邻质块(例如，通过一个或多个弹簧、杠杆、臂等)没有任何居间质块(例如，居间驱动质块、科里奥利质块或感测质块)。驱动质块中的每一个还可以以这样的方式与其它驱动质块中的一个相对定位：使得其通过居间质块(例如，居间驱动质块、科里奥利质块或感测质块)耦合到相对质块。驱动系统可以使每个质块垂直于其相邻的两个驱动质块并且平行且反相于其相对质块移动。在一个实施例中，拐角耦合弹簧可以支持每组相邻质块朝着共同象限或拐角点的共同运动，同时允许朝着相反的象限或拐角远离彼此移动。这可以以防止由于线加速度和角加速度引起的力与驱动运动耦合的方式促进驱动质块的平衡驱动。

图6描绘了每个驱动质块的驱动运动的一个方向(例如，驱动箭头621与驱动质块620对应，驱动箭头641与驱动质块640对应，驱动箭头661与驱动质块660对应，并且驱动箭头681与驱动质块680对应)。如图6中所描绘的，当驱动质块620根据驱动箭头621在正y方向上移动时，驱动系统使驱动质块640和驱动质块680垂直于驱动箭头621移动，如由在正x方向上的驱动箭头641和在负x方向上的驱动箭头681所描绘的。如由驱动箭头661所描绘的，驱动系统使驱动质块660在与驱动质块620相反的y方向上移动。当驱动系统使驱动质块在相反的方向上移动时，驱动质块620在负y方向(即，相反的驱动箭头621)上移动，驱动质块640在负x方向(即，相反的驱动箭头641)上移动，驱动质块660在正y方向(即，相反的驱动箭头661)上移动，驱动质块680在正x方向(即，相反的驱动箭头681)上移动。

当驱动质块在由驱动箭头(即，驱动箭头621、641、261和681)指示的方向上移动时，驱动质块620和640都在陀螺仪的右上方向(例如，正x方向和正y方向)象限中移动，而驱动质块660和680都在陀螺仪的左下方向(例如，负x方向和负y方向)象限中移动。类似地，当驱动质块在与由驱动箭头指示的方向相反的方向(即，与驱动箭头621、641、661和681的方向相反)上移动时，驱动质块620和680都在陀螺仪的右下方向(例如，正x方向和负y方向)象限中移动，而驱动质块640和660都在陀螺仪的左上方向(例如，负x方向和正y方向)象限中移动。由于每个驱动质块的这种相对驱动运动，在存在线加速度或角加速度时陀螺仪被平衡。

在一个实施例中，当陀螺仪在正x方向上经历线加速度时，驱动质块将在这个线加速度的方向上经历位移，例如，驱动质块640将经历与其箭头641一致的位移，并且质块680将经历在其箭头681的相反方向上的位移。但是，这种方式的运动被质块的配置禁止，因为当质块640在正x方向上移动时质块680必须在负x方向上移动。响应于y方向的线加速度，驱动质块620和660以类似的方式响应。类似地，感测质块622、642、662和682被限制为不响应x方向或y方向上的线加速度。

在一个实施例中，当陀螺仪经历顺时针方向上围绕z轴的角加速度时，驱动质块将试图根据由于加速度引起的动量而移动，例如，驱动质块640和680将试图与其箭头一致地移动，而驱动质块620和660将试图在其箭头的相反方向上移动。但是，这种方式的运动被通过驱动质块的配置而防止，因为一对驱动质块(例如，驱动质块对640/680或驱动质块对620/660)将被禁止响应于由于角加速度引起的动量而移动。对于在逆时针方向上绕z轴的旋转并且对于感测质块对624/664和644/684保持类似的平衡。

将关于如由驱动箭头621、641、661和681所指示的驱动方向来描述感测质块622、642、662和682的移动。但是，将理解的是，对于相反方向的驱动运动，施加在感测质块622、642、662和682中的每一个上的科里奥利力将使每个感测质块在与由图6的箭头描绘的方向相反的方向上移动。而且，虽然图6的实施例描绘了感测质块在没有居间质块的情况下耦合到驱动质块，但是在一个实施例中，驱动质块可以驱动科里奥利质块，并且将感测质块与驱动运动隔离。

在一个实施例中，每个感测质块可以与驱动质块相关联，使得其在相关联的驱动质块的驱动轴中振动(例如，感测质块622与驱动质块620相关联，感测质块642与驱动质块640相关联，感测质块662与驱动质块660相关联，并且感测质块682与驱动质块680相关联)。虽然来自相应驱动质块的驱动运动可以以任何合适的方式被传递到其相关联的感测质块，但在一个实施例中，耦合链接(诸如一个或多个弹簧)可以沿着驱动轴(即，对于感测质块622和驱动质块620是y轴，对于感测质块642和驱动质块640是x轴，对于感测质块662和驱动质块660是y轴，以及对于科里奥利质块682和驱动质块680是x轴)是刚性的。为了让感测质块响应于在平面内且垂直于驱动力的科里奥利力而移动，每个耦合链接(例如一个或多个弹簧)可以沿着这个垂直轴(即，对于感测质块622和驱动质块620是x轴，对于感测质块642和驱动质块640是y轴，对于感测质块662和驱动质块660是x轴，以及对于科里奥利质块682和驱动质块680是y轴)是柔性的。

图6描绘了围绕z轴的顺时针偏航旋转的示例性实施例。响应于施加在每个感测质块上的驱动力，感测质块在相应的驱动方向上移动，对于感测质块622被描绘为感测驱动箭头623，对于感测质块642被描绘为感测驱动箭头643，对于感测质块662被描绘为感测驱动箭头663，并且对于感测质块682被描绘为感测驱动箭头683。作为绕z轴的顺时针旋转的结果，每个感测质块在设备平面中在垂直于驱动轴和旋转轴的方向上受到与偏航旋转的角速度成比例的科里奥利力。这对于感测质块622被描绘为感测箭头625，对于感测质块642被描绘为感测箭头645，对于感测质块662被描绘为感测箭头665，并且对于感测质块682被描绘为感测箭头685。科里奥利质块响应于偏航旋转的运动以与驱动质块类似的方式被平衡，其中感测质块622和662两者都朝着陀螺仪的公共中心点移动，并且感测质块642和682都远离陀螺仪的公共中心点移动。以类似的方式，当驱动质块在相反的方向上振动时，感测质块622和662都远离陀螺仪的公共中心点移动，而感测质块642和682都朝着陀螺仪的公共中心点移动。感测质块的移动可以使用例如固定在设备平面中并且在相对于感测质块的位置处的电极、感测梳或其它技术来感测。

虽然未在图6中描绘，但是在一些实施例中，每个驱动质块可以例如通过驱动杠杆耦合到其两个相邻驱动质块中的每一个，使得驱动质块620通过驱动耦合而耦合到驱动质块640，使得驱动质块640通过驱动耦合而耦合到驱动质块660，使得驱动质块660通过驱动耦合而耦合到驱动质块680，并且使得驱动质块680通过驱动耦合而耦合到驱动质块620。驱动杠杆中的每一个通过相应的锚定件锚定到基板并围绕那个锚定件枢转。将驱动质块连接到锚定件的弹簧中的每一个在期望的驱动运动的方向上是刚性的并且在另一个方向上是柔性的。因此，驱动杠杆相对于驱动质块的朝向、弹簧的朝向、弹簧到驱动质块和驱动杠杆的附连点以及锚定点的位置共同将驱动质块的相应移动限制为平衡的驱动运动，如本文所述。

在示例性实施例中，感测杠杆可以相对于感测质块位于陀螺仪的内部腔体内，并且每个感测质块可以通过感测杠杆耦合到其两个相邻感测质块中的每一个。感测质块622通过感测杠杆632耦合到感测质块642，感测质块642通过感测杠杆652耦合到感测质块662，感测质块662通过感测杠杆672耦合到感测质块682，并且感测质块682通过感测杠杆692耦合到感测质块622。感测杠杆中的每一个通过相应的锚定件631、651、671或691锚定到基板，并围绕那个锚定件枢转。在一些实施例中，弹簧可以将感测质块附连到锚定件，并且可以在期望的感测运动的方向上是刚性的而在另一个方向上是柔性的。因此，感测杠杆相对于感测质块的朝向、弹簧的朝向、弹簧到感测质块和感测杠杆的附连点以及锚定点的位置共同将感测质块的相应移动限制为平衡的感测运动，如本文所述。

在由感测箭头625、645、665和685所描绘的方向上的移动的一个实施例中，感测杠杆632、652、672和692中的每一个围绕相应的锚定件631、651、671和691枢转，如由枢转箭头630、650、670和690所描绘的。例如，感测质块622在x方向上的运动将围绕锚定件631推动或拉动感测杠杆632。在图6中所描绘的实施例中，感测质块622在如由感测箭头625所示的负x方向上的移动也将如由枢转箭头630所描绘的那样围绕锚定件631推动感测杠杆632，从而使感测杠杆632在如感测箭头645所描绘的正y方向上推动感测质块642。感测质块642在如感测箭头645所示的正y方向上的移动也将如由枢转箭头630所绘出的那样围绕锚定件631拉动感测杠杆632，从而使感测杠杆632在如感测箭头625所描绘的负x方向上拉动感测质块622。以类似的方式，沿着任何感测质块的感测轴的任何运动都基于其两个相邻感测质块通过感测杠杆的连接而引起它们在其感测方向上的对应运动。以这种方式，感测杠杆将感测质块的运动限制为平衡的感测运动，并减少由线加速度或角加速度引起的感测质块的运动。

图7示出了描绘根据本公开的一个实施例的示例性感测质块的枢转运动的说明性示图。图7中所描绘的部件和感测运动与图6中所描绘的部件和感测运动对应，例如，使得感测质块722与感测质块622对应，感测箭头725与感测箭头625对应，等等。感测质块中的每一个在没有任何旋转的情况下的初始位置对于感测质块722描绘为初始位置701，对于感测质块742描绘为初始位置702，对于感测质块762描绘为初始位置703，并且对于感测质块782描绘为初始位置704。

在没有绕z轴的旋转的情况下，感测质块将保持在其相应的初始位置，因为由感测质块的线加速度或角加速度引起的任何位移将通过感测质块相对于彼此的相对运动被抵消，如感测杠杆所要求的。例如，由于沿着x轴的线加速度引起的任何力将被将通过感应质块722和762在感测质块系统中产生的相反力抵消。在使得感测质块772在正x方向上移动的线加速度的示例性实施例中，感测质块722将试图在正y方向上拉动感测质块782并在负y方向上拉动感测质块742。这些力将被感测质块762抵消，感测质块762将试图在负y方向上推动感测质块782并且在正y方向上推动感测质块742。类似地，由其它方向上的线加速度或角加速度造成的位移将被感测质块配置的相反力抵消。

图7描绘了感测质块和感测杠杆响应于科里奥利力(例如，响应于图6中所描绘的旋转和驱动方向)的运动。感测质块中的每一个(例如，感测质块722、742、762和782)在感测箭头(例如，感测箭头725、745、765和785)的方向上被施加有科里奥利力。感测杠杆(例如，感测杠杆732、752、772和792)被相应的感测质块(例如，对于感测杠杆732为感测质块722和742，对于感测杠杆752为感测质块742和762，对于感测杠杆772为感测质块762和782，以及对于感测杠杆792为感测质块782和722)推动或拉动，使得感测杠杆如由枢转箭头所描绘的那样绕锚定件枢转(例如，枢转箭头730描绘感测杠杆732围绕锚定件731枢转，枢转箭头750描绘感测杠杆752围绕锚定件751枢转，枢转箭头770描绘感测杠杆772围绕锚定件771枢转，以及枢转箭头790描绘感测杠杆792围绕锚定件791枢转)。因此，感测杠杆促进由于角速度引起的感测质块的感测运动，同时防止由于线加速度和角加速度引起的运动。

图8示出了根据本公开一些实施例的具有对不期望的力有鲁棒性的架构的示例性陀螺仪设计。图8中所描绘的部件与图6中所描绘的部件和感测运动对应，例如，使得驱动质块820与驱动质块620对应，感测质块822与感测质块622对应，感测杠杆832与感测杠杆632对应，等等。虽然在图8中未描绘驱动箭头、感测驱动箭头和感测箭头，但是图8的陀螺仪的驱动和感测运动以图6中描绘的方式进行操作。而且，在图8中描绘或编号了附加部件，诸如驱动电极801、感测电极802和弹簧。

在一个实施例中，位于设备平面中的固定驱动电极801使驱动质块在驱动方向上移动(例如，使驱动质块820在y轴上振动，使驱动质块840在x轴上振动，使驱动质块860在y轴上与驱动质块820反相振动，并且使驱动质块880在x轴上与驱动质块840反相振动)。驱动电极801可以以任何合适的方式实现(诸如驱动梳)，并且可以位于驱动驱动质块的任何合适位置(例如，在驱动质块外部)。驱动感测电极(未描绘)可以感测驱动响应，并且在一些实施例中，驱动电极可以被定位成驱动少于全部的驱动质块，其中驱动运动通过驱动质块之间的耦合被传递到其它驱动质块。

在一个实施例中，每个驱动质块可以通过驱动锚定件弹簧耦合到两个驱动锚定件。驱动锚定件弹簧可以在驱动质块的驱动轴上是柔性的并且在垂直于驱动轴的轴上是刚性的。在刚性方向上，驱动锚定件弹簧可以一端耦合到驱动锚定件，另一端耦合到驱动质块。如图8中所描绘的，驱动质块820通过驱动锚定件弹簧824以防止驱动质块820沿着x轴移动的方式耦合到驱动锚定件894和893，驱动质块840通过驱动锚定件弹簧844以防止驱动质块840沿着y轴移动的方式耦合到驱动锚定件894和891，驱动质块860通过驱动锚定件弹簧864以防止驱动质块860沿着x轴移动的方式耦合到驱动锚定件891和892，并且驱动质块880通过驱动锚定件弹簧884以防止驱动质块880沿着y轴移动的方式耦合到驱动锚定件892和893。

在一些实施例中，每个驱动质块通过拐角耦合弹簧耦合到其两个相邻驱动质块中的每一个。拐角耦合弹簧被配置为支持驱动质块朝着公共拐角或象限的移动，但是当两个驱动质块彼此远离朝着另一个拐角或象限移动时，拐角耦合弹簧是柔性的。在一个实施例中，如图8中所描绘的，每个拐角耦合弹簧823、843、863和883可以在45度角处是刚性的，其指引相邻质块朝着拐角点或象限和远离拐角点或象限的运动，并且在允许相邻质块朝着拐角点和相邻象限移动的垂直角度处是柔性的。在一个实施例中，当与限制驱动质块垂直于其驱动轴移动(例如，通过驱动锚定件弹簧)组合时，一个驱动质块朝着其拐角点的运动也可以导致相邻驱动质块朝着共同拐角点的移动。如本文所述，任何线加速度或角加速度都将导致阻止外力与驱动运动耦合的抵消力。

在如图8所描绘的实施例中，拐角耦合弹簧823可以在与正y轴成45度角处是刚性的，以使得驱动质块820在正y方向上或驱动质块840在正x方向上的驱动运动将使相邻驱动质块820和840中的另一个朝着右上象限或角落移动。当两个驱动质块820和840在相反方向上被驱动时，拐角耦合弹簧823是柔性的，使得驱动质块820可以朝着右下象限或拐角移动，并且驱动质块840可以朝着左上象限或拐角移动。其它拐角耦合弹簧中的每一个可以相对于驱动质块适当地附连和定向(例如，拐角耦合弹簧843在与正y轴成315度角处是刚性的并且耦合到驱动质块840和驱动质块860，拐角耦合弹簧863在与正y轴成225度角处是刚性的并且耦合到驱动质块860和驱动质块880，并且拐角耦合弹簧883在与正y轴成135度角处是刚性的并且耦合到驱动质块880和驱动质块820)，以促进陀螺仪的平衡运动。

每个驱动质块可以通过在驱动轴上为刚性且在感测轴上为柔性的驱动弹簧耦合到相关联的感测质块。在一个实施例中，将驱动质块820连接到感测质块822的驱动弹簧821在y轴上是刚性的并且在x轴上是柔性的，将驱动质块840连接到感测质块842的驱动弹簧841在x轴上是刚性的并且在y轴上是柔性的，将驱动质块860连接到感测质块862的驱动弹簧861在y轴上是刚性的并且在x轴上是柔性的，并且将驱动质块880连接到感测质块882的驱动弹簧881在x轴上是刚性的并且在y轴上是柔性的。

如本文所述，每个感测质块可以响应于由围绕陀螺仪的偏航轴旋转引起的科里奥利作用而移动，并且可以基于这些移动(例如，通过感测电极)来感测角速度。虽然感测电极可以以任何合适的方式实现(例如，作为感测梳)，但在一个实施例中，感测电极802可以位于感测质块的腔体内并且在设备平面内的固定位置处。当感测质块沿着其感测方向移动时，每个感测质块及其感测电极有效地形成电容器，这些电容器可以用于测量感测质块的与角速度成比例的移动。

在一些实施例中，每个感测质块通过两个感测耦合链接和感测杠杆耦合到其两个相邻的感测质块。在一个实施例中，感测耦合链接可以包括多个感测耦合弹簧以及感测耦合杆，它们在其相应感测质块的感测轴上是刚性的并且在垂直方向上是柔性的(例如，感测质块822的感测耦合弹簧827和829以及感测耦合杆828在x轴上是刚性的，感测质块842的感测耦合弹簧847和849以及感测耦合杆848在y轴上是刚性的，感测质块862的感测耦合弹簧867和869以及感测耦合杆868在x轴上是刚性的，并且感测质块882的感测耦合弹簧887和889以及感测耦合杆888在y轴上是刚性的)。每个感测杠杆通过相应的感测耦合弹簧和感测耦合杆耦合到两个感测质块，并且以允许感测杠杆响应于感测运动而枢转的方式锚定到感测锚定件899(例如，感测杠杆832通过感测锚定弹簧825耦合到感测锚定件899，感测杠杆852通过感测锚定弹簧845耦合到感测锚定件899，感测杠杆872通过感测锚定弹簧865耦合到感测锚定件899，并且感测杠杆892通过感测锚定弹簧885耦合到感测锚定件899)。

在一个实施例中，当感测质块822和862朝着陀螺仪的中心反相移动时，感测杠杆的配置将使感测杠杆832在顺时针方向上枢转并且感测杠杆852在逆时针方向上枢转，从而使感测质块842在正y方向上移动。以类似的方式，感测杠杆872将在顺时针方向上枢转，并且感测杠杆892将在逆时针方向上枢转，从而使感测质块882在负y方向上移动。当感测质块822和862离开陀螺仪的中心反相移动时，感测杠杆的配置将使感测杠杆832在逆时针方向上枢转并且感测杠杆852在顺时针方向上枢转，从而使感测质块842在负y方向上移动。感测杠杆872将在逆时针方向上枢转，并且感测杠杆892将在顺时针方向上枢转，从而使感测质块882在正y方向上移动。感测质块822和862将以类似的方式响应感测质块842和882的y轴移动。

如果以不符合正确感测运动的方式(例如，由于线加速度或角加速度)将力施加到感测质块上，感测质块将被限制移动，这是由于感测质块和感测杠杆的配置造成的抵消力的结果。在使感测质块842和882在正y方向移动的线加速度的示例性实施例中，感测质块842和882都将试图在正y方向上移动。感测质块842将试图使感测杠杆852在逆时针方向上枢转并且使感测杠杆832在顺时针方向上枢转，而感测质块882将试图使感测杠杆872在逆时针方向上枢转并使感测杠杆892在顺时针方向上枢转。通过感测杠杆852和872的逆时针旋转施加到感测质块862上的力将彼此抵消，并且通过感测杠杆832和892的顺时针旋转施加到感测质块822上的力将相互抵消。这将防止感测杠杆旋转，并且因为感测耦合弹簧(例如，感测耦合弹簧847、849、887和889)和感测耦合杆(例如，感测耦合杆848和888)在y轴上是刚性的，感测质块842和882也将被防止移动。

前面的说明书包括根据本公开的示例性实施例。提供这些示例仅用于说明的目的，而不是为了限制。将理解的是，本公开可以以与本文明确描述和描绘的形式不同的形式来实现，并且本领域普通技术人员可以实现与以下权利要求一致的各种修改、优化和变化。

将理解的是，质块、弹簧、杠杆、锚定件、电极和类似部件的配置仅仅是示例性的，并且多个附图中的各种配置可以以合适的方式组合，例如，通过切换图3-5的感测杠杆配置与图6-8的感测杠杆配置，以及反之，在任何环境中包括或省略科里奥利质块，利用多个弹簧或其它耦合方法，对于图6-8的实施例包括驱动杠杆或者在图3-5的实施例中省略驱动杠杆，或通过本领域普通技术人员可以实现或如本文描述的任何其它合适的修改、添加、移除、优化或变化。

Claims (19)

1.一种陀螺仪，包括：

四个驱动质块，其中所述四个驱动质块中的每一个驱动质块在第一平面中振动，其中第一驱动质块与第二驱动质块和第四驱动质块相邻定位并且与第三驱动质块相对，其中第二驱动质块与第一驱动质块和第三驱动质块相邻定位并且与第四驱动质块相对，其中第三驱动质块与第二驱动质块和第四驱动质块相邻定位并且与第一驱动质块相对，并且其中第四驱动质块与第三驱动质块和第一驱动质块相邻定位并且与第二驱动质块相对；

一个或多个驱动电极，其中所述一个或多个驱动电极使第一驱动质块和第三驱动质块平行且反相地振动，并且其中所述一个或多个驱动电极使第二驱动质块和第四驱动质块平行且反相地振动，并且其中第一驱动质块和第三驱动质块的振动垂直于第二驱动质块和第四驱动质块的振动；

四个感测质块，其中所述四个感测质块中的每一个感测质块与所述四个驱动质块中的一个驱动质块相关联，其中所述四个感测质块中的每一个感测质块响应于由陀螺仪旋转引起的科里奥利力而在感测轴上移动，并且其中所述四个感测质块中的每一个感测质块的感测轴垂直于相关联的驱动质块的振动和陀螺仪的旋转轴；以及

多个感测耦合链接，其中感测质块中的每个感测质块通过所述多个感测耦合链接中的一个或多个感测耦合链接枢转耦合到其它感测质块中的两个感测质块。

2.如权利要求1所述的陀螺仪，其中第一驱动质块和第二驱动质块朝着第一点移动和远离第一点移动，其中第二驱动质块和第三驱动质块朝着第二点移动和远离第二点移动，其中第三驱动质块和第四驱动质块朝着第三点移动和远离第三点移动，并且其中第四驱动质块和第一驱动质块朝着第四点移动和远离第四点移动。

3.如权利要求2所述的陀螺仪，其中，当第三驱动质块和第四驱动质块朝着第三点移动时，第一驱动质块和第二驱动质块朝着第一点移动，并且其中当第二驱动质块和第三驱动质块朝着第二点移动时，第四驱动质块和第一驱动质块朝着第四点移动。

4.如权利要求1所述的陀螺仪，其中陀螺仪相对于线加速度和角加速度被平衡。

5.如权利要求1所述的陀螺仪，其中所述多个感测耦合链接包括四个耦合链接，其中第一耦合链接将第一感测质块枢转耦合到第二感测质块，其中第二耦合链接将第二感测质块枢转耦合到第三感测质块，其中第三耦合链接将第三感测质块枢转耦合到第四感测质块，并且其中第四耦合链接将第四感测质块枢转耦合到第一感测质块。

6.如权利要求5所述的陀螺仪，其中所述四个感测耦合链接使第一感测质块和第三感测质块平行且反相移动，使第二感测质块和第四感测质块平行且反相移动，并且使第一感测质块和第三感测质块垂直于第二感测质块和第四感测质块移动。

7.如权利要求5所述的陀螺仪，其中所述四个感测耦合链接使第一感测质块和第三感测质块响应于科里奥利力而同时朝着陀螺仪的中心点移动和远离陀螺仪的中心点移动，使第二感测质块和第四感测质块响应于科里奥利力而同时朝着陀螺仪的中心点移动和远离陀螺仪的中心点移动，并且其中第一感测质块和第三感测质块相对于陀螺仪的中心点沿着与第二感测质块和第四感测质块相反的轴移动。

8.如权利要求1所述的陀螺仪，还包括四个驱动耦合链接，其中第一驱动耦合链接将第一驱动质块耦合到第二驱动质块，第二驱动耦合链接将第二驱动质块耦合到第三驱动质块，第三驱动耦合链接将第三驱动质块耦合到第四驱动质块，并且其中第四耦合链接将第四驱动质块耦合到第一驱动质块。

9.如权利要求8所述的陀螺仪，其中所述四个驱动耦合链接中的每一个驱动耦合链接包括驱动杠杆，以将相应的驱动质块彼此枢转耦合。

10.如权利要求1所述的陀螺仪，还包括：

第一科里奥利质块，耦合到第一驱动质块和第一感测质块；

第二科里奥利质块，耦合到第二驱动质块和第二感测质块；

第三科里奥利质块，耦合到第三驱动质块和第三感测质块；以及

第四科里奥利质块，耦合到第四驱动质块和第四感测质块。

11.如权利要求10所述的陀螺仪，还包括：

第一驱动弹簧，将第一科里奥利质块耦合到第一驱动质块，其中第一驱动弹簧在第一驱动质块的振动轴上是刚性的并且在第一感测质块的科里奥利力的轴上是柔性的；

第一感测弹簧，将第一科里奥利质块耦合到第一感测质块，其中第一感测弹簧在第一感测质块的科里奥利力的轴上是刚性的；

第二驱动弹簧，将第二科里奥利质块耦合到第二驱动质块，其中第二驱动弹簧在第二驱动质块的振动轴上是刚性的并且在第二感测质块的科里奥利力的轴上是柔性的；

第二感测弹簧，将第二科里奥利质块耦合到第二感测质块，其中第二感测弹簧在第二感测质块的科里奥利力的轴上是刚性的；

第三驱动弹簧，将第三科里奥利质块耦合到第三驱动质块，其中第三驱动弹簧在第三驱动质块的振动轴上是刚性的并且在第三感测质块的科里奥利力的轴上是柔性的；

第三感测弹簧，将第三科里奥利质块耦合到第三感测质块，其中第三感测弹簧在第三感测质块的科里奥利力的轴上是刚性的；

第四驱动弹簧，将第四科里奥利质块耦合到第四驱动质块，其中第四驱动弹簧在第四驱动质块的振动轴上是刚性的并且在第四感测质块的科里奥利力的轴上是柔性的；以及

第四感测弹簧，将第四科里奥利质块耦合到第四感测质块，其中第四感测弹簧在第四感测质块的科里奥利力的轴上是刚性的。

12.如权利要求11所述的陀螺仪，其中第一感测弹簧在第一驱动质块的驱动力的轴上是柔性的，其中第二感测弹簧在第二驱动质块的驱动力的轴上是柔性的，其中第三感测弹簧在第三驱动质块的驱动力的轴上是柔性的，并且其中第四感测弹簧在第四驱动质块的驱动力的轴上是柔性的。

13.如权利要求1所述的陀螺仪，还包括：

第一驱动弹簧，将第一驱动质块耦合到第一感测质块，其中第一驱动弹簧在第一驱动质块的振动轴上是刚性的并且在第一感测质块的科里奥利力的轴上是柔性的；

第二驱动弹簧，将第二驱动质块耦合到第二感测质块，其中第二驱动弹簧在第二驱动质块的振动轴上是刚性的并且在第二感测质块的科里奥利力的轴上是柔性的；

第三驱动弹簧，将第三驱动质块耦合到第三感测质块，其中第三驱动弹簧在第三驱动质块的振动轴上是刚性的并且在第三感测质块的科里奥利力的轴上是柔性的；以及

第四驱动弹簧，将第四驱动质块耦合到第四感测质块，其中第四驱动弹簧在第四驱动质块的振动轴上是刚性的并且在第四感测质块的科里奥利力的轴上是柔性的。

14.一种陀螺仪，包括：

四个驱动质块，其中所述四个驱动质块中的每一个驱动质块在第一平面中振动，其中第一驱动质块与第二驱动质块和第四驱动质块相邻定位并且与第三驱动质块相对，其中第二驱动质块与第一驱动质块和第三驱动质块相邻定位并且与第四驱动质块相对，其中第三驱动质块与第二驱动质块和第四驱动质块相邻定位并且与第一驱动质块相对，并且其中第四驱动质块与第三驱动质块和第一驱动质块相邻定位并且与第二驱动质块相对；

多个驱动耦合链接，其中所述多个驱动耦合链接使第一驱动质块和第三驱动质块平行且反相地振动，并且其中所述多个驱动耦合链接使第二驱动质块和第四驱动质块平行且反相地振动，并且其中第一驱动质块和第三驱动质块的振动垂直于第二驱动质块和第四驱动质块的振动；

四个感测质块，其中所述四个感测质块中的每一个感测质块与四个驱动质块中的一个驱动质块相关联，其中所述四个感测质块中的每一个感测质块响应于由陀螺仪旋转引起的科里奥利力而在感测轴上移动，并且其中所述四个感测质块中的每一个感测质块的感测轴垂直于相关联的驱动质块的振动和陀螺仪的旋转轴；以及

多个感测耦合链接，其中所述多个感测耦合链接使第一感测质块和第三感测质块响应于科里奥利力而平行且反相地振动，并且其中所述多个感测耦合链接使第二感测质块和第四感测质块响应于科里奥利力而平行且反相地振动，并且其中第一感测质块和第三感测质块的振动垂直于第二感测质块和第四感测质块的振动。

15.如权利要求14所述的陀螺仪，其中所述多个驱动耦合链接防止所述四个驱动质块响应于线加速度或角加速度而移动。

16.如权利要求14所述的陀螺仪，其中所述多个感测耦合链接防止所述四个感测质块响应于线加速度或角加速度而移动。

17.一种陀螺仪，包括：

四个驱动质块，其中所述四个驱动质块中的每一个驱动质块在第一平面中振动，其中第一驱动质块与第二驱动质块和第四驱动质块相邻定位并且与第三驱动质块相对，其中第二驱动质块与第一驱动质块和第三驱动质块相邻定位并且与第四驱动质块相对，其中第三驱动质块与第二驱动质块和第四驱动质块相邻定位并且与第一驱动质块相对，并且其中第四驱动质块与第三驱动质块和第一驱动质块相邻定位并且与第二驱动质块相对；

多个驱动耦合链接，其中所述多个驱动耦合链接防止所述四个驱动质块响应于线加速度或角加速度而移动；

四个感测质块，其中所述四个感测质块中的每一个感测质块与所述四个驱动质块中的一个驱动质块相关联，其中所述四个感测质块中的每一个感测质块响应于由陀螺仪的旋转引起的科里奥利力而在感测轴上移动，并且其中所述四个感测质块中的每一个感测质块的感测轴垂直于相关联的驱动质块的振动和陀螺仪的旋转轴；以及

多个感测耦合链接，其中所述多个感测耦合链接防止所述四个感测质块响应于线加速度或角加速度而移动。

18.如权利要求17所述的陀螺仪，其中所述多个驱动耦合链接使第一驱动质块和第三驱动质块平行且反相地振动，其中所述多个驱动耦合链接使第二驱动质块和第四驱动质块平行且反相地振动，并且其中第一驱动质块和第三驱动质块的振动垂直于第二驱动质块和第四驱动质块的振动。

19.如权利要求17所述的陀螺仪，其中所述多个感测耦合链接使第一感测质块和第三感测质块响应于科里奥利力而平行且反相地振动，并且其中所述多个感测耦合链接使第二感测质块和第四感测质块响应于科里奥利力而平行且反相地振动，并且其中第一感测质块和第三感测质块的振动垂直于第二感测质块和第四感测质块的振动。