CN110779510A - 一种三轴mems陀螺仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三轴MEMS陀螺仪，包括基底；第一质量块，被配置为能够被驱动以绕结构中心在X方向和Y方向组成的平面内旋转；第一检测装置组，用于检测绕X方向和绕Y方向的角速度；四边形联动结构，设置在第一质量块内部；第二质量块组，包括至少两个第二质量块，对称设置；第二检测装置组，用于检测绕Z方向的角速度；至少两组驱动装置组，每一组驱动装置组包括对称设置的两个驱动方向相反的驱动装置；驱动装置，设置在四边形联动结构内部，被配置为驱动第二质量块组沿X方向移动。本发明的三轴MEMS陀螺仪结构简单、能有效减弱双倍频、非线性问题，输出信号强。

Description

一种三轴MEMS陀螺仪

技术领域

本发明涉及MEMS传感器领域，尤其涉及一种MEMS陀螺仪。

背景技术

MEMS(Micro-Electro-Mechanical-Systems，微机电系统)技术是由传统半导体加工技术发展而来，利用半导体加工方式实现微机械结构、系统的制作，以实现特定的功能，其最小典型尺寸一般为微米级。MEMS技术的应用使得相关器件易于批量化生产，成本大幅降低，市场应用得以普及，同时也降低了功耗，提高了可靠性，进而又进一步推动了MEMS技术的发展。与传统半导体加工方式不同，MEMS加工过程有可能会用到深硅刻蚀，例如刻蚀深度可能会达到100-300um，需要对垂直度有精确的控制。很多MEMS器件还需要真空键合技术，以实现高Q值运动，及对运动结构的保护，例如MEMS陀螺仪和MEMS振荡器。MEMS材料也是多种多样，有可能会形成金属离子或颗粒污染，部分工序需要单独隔离。由于具有可动结构，应力问题是MEMS器件的最大问题，预防与解决应力问题贯穿了MEMS器件设计、加工、封测、应用的整个流程。

MEMS陀螺仪的用途非常广泛，包括惯性导航、光学防抖、环景照相、车身稳定与安全等。通常讲的MEMS陀螺仪是用来检测角速度的，属于角速度传感器，其核心是哥氏力原理，把输入角速度转换成一个特定感测结构的位移，通过检测该位移来确定角速度的大小。MEMS陀螺仪属于主动器件，通电后系统在谐振点做简谐振动，当与质量块运动方向垂直的方向上有角速度输入时，在质量块运动方向和输入角速度方向垂直的方向会产生哥氏力，通过检测结构及外围处理电路即可获得相应的角速度的表征量。目前应用最为广泛的驱动方式为静电和压电，检测方式为电容和压电。消费类市场是MEMS陀螺仪的最大应用市场，对产品价格、性能要求也比较苛刻，领域内一直致力于开发低成本、高性能、高可靠性的MEMS陀螺仪产品，特别是三轴MEMS陀螺仪，进一步与三轴加速计集成形成六轴IMU。

发明内容

有鉴于市场需求，及一些技术共性问题，本发明旨在提供一种结构紧凑、低成本、能有效减弱双倍频，且输出信号强的三轴MEMS陀螺仪。本发明也可以只解决上述问题中的一个或多个。

为实现上述目的，本发明提供了一种三轴MEMS陀螺仪。在一个具体实施方式中，该三轴MEMS陀螺仪，包括

基底；

第一质量块，第一质量块被配置为能够被驱动以绕结构中心在X方向和Y方向组成的平面内旋转；

第一检测装置组，用于检测绕X方向和绕Y方向的角速度；

四边形联动结构，设置在第一质量块内部；

第二质量块组，包括至少两个第二质量块，至少两个第二质量块对称设置，且设置在四边形联动结构内部，与四边形联动结构连接；

第二检测装置组，包括至少两个第二检测装置，用于检测绕Z方向的角速度；以及

驱动装置，设置在四边形联动结构内部，被配置为驱动第二质量块组沿X方向移动；在驱动装置和四边形联动结构的作用下，对称设置的至少两个质量块沿X方向的运动方向相反；

其中，X方向垂直于Y方向；Z方向垂直于X方向及Y方向。

进一步地，该三轴MEMS陀螺仪还包括框架组，框架组包括至少两个框架，设置在四边形联动结构内部，并且通过驱动力传递弹簧与四边形联动结构连接；所述至少两个框架对称设置，一个第二质量块设置在一个对应的框架内部。其中，第一质量块、第二质量块组、四边形联动结构和框架组与基底平行。第二质量块的数量和框架的数量相对应。

进一步地，四边形联动结构包括相对设置的第一引导臂和第二引导臂以及相对设置的第一传递梁和第二传递梁，第一引导臂、第一传递梁、第二引导臂和第二传递梁通过弹簧互相连接；

第一引导臂和第二引导臂分别通过引导臂支点弹簧连接到设置在基底上的锚点上，使得第一引导臂和第二引导臂能绕连接点在X方向和Y方向组成平面内发生旋转；

第一传递梁和第二传递梁分别通过第一传递梁弹簧和第二传递梁弹簧连接到第一质量块上，从而带动第一质量块运动；

所述至少两个框架通过驱动力传递弹簧与第一引导臂和第二引导臂连接。

进一步地，第二质量块组中的每一个第二质量块，通过至少两组第二质量块连接弹簧连接到对应的框架上；第二质量块连接弹簧在Y方向上具有自由度；在X方向和Z方向具有一定的刚度；

框架组中的每一个框架，通过至少两组框架连接弹簧连接到设置在基底上的锚点上；框架连接弹簧在X方向上具有自由度。在Y和Z方向上具有一定的刚度，以避免产生耦合运动及双倍频项。

进一步地，驱动装置包括至少一个驱动单元和至少一个驱动检测单元；所述至少一个驱动单元的固定梳齿组和所述至少一个驱动检测单元的固定梳齿组通过相应的锚点固定到基底上；

所述至少一个驱动单元的可动梳齿和至少一个驱动检测单元的可动梳齿组固定在框架上；或者所述至少一个驱动单元的可动梳齿组和至少一个驱动检测单元的可动梳齿组固定在第二质量块上。

可选地，所述至少一个驱动单元和至少一个驱动检测单元沿对设置的第二质量块组的对称轴对称设置；或者

一个驱动单元和一个驱动检测单元构成一个驱动结构，驱动装置包括至少两个驱动结构，至少两个驱动结构沿对设置的第二质量块组的对称轴对称设置，且对称轴两边的驱动结构的运动方向相反。

可选地，当一个框架内或一个第二质量块内包括一个驱动结构时，驱动单元和驱动检测单元设置框架内的同一侧或第二质量块内的同一侧；或者，驱动单元和驱动检测单元设置框架内对称的两侧或第二质量块内对称的两侧；

当一个看框架内或一个第二质量块内包括两个驱动结构时，两个驱动结构设置在框架内对称的两侧或第二质量块内对称的两侧；或者，两个驱动结构中的两个驱动单元设置在框架内或第二质量块内的一侧，两个驱动检测单元设置在框架或第二质量块内对称的另一侧。

可选地，每一个驱动结构中的驱动单元和驱动检测单元的位置能够互相调换。

进一步地，每一个第二检测装置设置在对应的第二质量块内部；

每一个第二检测装置的固定梳齿组通过锚点固定在基底上；每一个第二检测装置的可动梳齿组固定在对应的第二质量块上；

通过在Y方向上第二检测装置的固定梳齿组和可动梳齿组之间的距离变化检测绕Z方向的角速度。

可选地，每一个第二检测装置设置在对应的第二质量块中心。

进一步地，第一检测装置组包括X方向检测电容组和Y方向检测电容组；其中，

X方向检测电容组包括设置在基底上的电极和第一质量块组成；Y方向检测电容组包括设置在基底上的电极和第一质量块组成；或者

X方向检测电容组包括设置在基底上的两组X方向固定梳齿组和设置在第一质量块上的两组X方向可动梳齿组组成；Y方向检测电容组包括设置在基底上的两组Y方向固定梳齿组和设置在第一质量块上的两组Y方向可动梳齿组组成。

可选地，驱动及检测方式为静电、压电、压阻、磁、热中的一种或多种。

本发明的三轴MEMS陀螺仪具有如下优势：

1)第一质量块位于结构外围，运动半径大，因此其运动带来的输出信号强；比如在一些方式中，通过设置在基底上的固定梳齿组和设置在第一质量块上的可动梳齿组形成检测电容组，由于固定梳齿组和可动梳齿组的相对位移大，因此输出信号强；

2)驱动装置设置在框架内，且其可动梳齿组与框架相连时，或者驱动装置设置在第二质量块内，第二质量块通过第二质量块连接弹簧连接到框架时，框架都通过框架连接弹簧固定到基底上，由于框架连接弹簧在X方向具有自由度，在其他方向上刚度大，因此，有效减弱了双倍频问题；

3)驱动装置组的驱动通过驱动力传递弹簧传递到引导臂上，由于驱动力传递弹簧与引导臂的连接点位于引导臂靠近中间的位置，因此能形成杠杆效应，增大X方向和Y方向输出信号；

4)在一些方式中，驱动装置组与框架连接(驱动装置组的可动梳齿组和框架连接)，第二质量块组通过第二质量块连接弹簧连接到框架上，将驱动装置与第二质量块组在Y方向解耦，避免第二质量块组在Y方向的运动影响驱动装置组的运行稳定性；

5)在一些方式中，驱动装置组与第二质量块组连接(驱动装置的可动梳齿组和第二质量块连接)，由此增大了第二质量块的质量，由此增加了输出信号；

6)由于使用了如前所述的整体结构布局，因此本发明的MEMS陀螺仪结构紧凑、生产成本较低。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明实施例1中的三轴MEMS陀螺仪的结构示意图；

图2是本发明实施例2中的三轴MEMS陀螺仪的结构示意图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

本申请中，“连接”可以指两个部件直接连接，也可以指两个部件通过第三个部件的间接连接。

实施例1

如图1所示，本实施例的三轴MEMS陀螺仪的内部结构呈现中心对称的结构，其包括基底，在图中未示出。还包括第一质量块1、第二质量块组、驱动装置组、第一检测装置组、第二检测装置组、由传递梁和引导臂组成的四边形联动结构等。

第一质量块1为四边形框架结构，第一质量块1能在驱动装置的作用下绕结构中心在XY平面内旋转。第一质量块1通过两个传递梁弹簧52a、52b与第一传递梁51a及第二传递梁51b相连。第一传递梁51a和第二传递梁51b相对设置，并且位于第一质量块1的内侧。第一传递梁51a和第二传递梁51b的两端分别通过连接弹簧53a、53b、53c和53d与第一引导臂54a和第二引导臂54b相连，从而形成四边形联动结构。第一引导臂54a和第二引导臂54b分别通过第一引导臂支点弹簧55a和第二引导臂支点弹簧55b接到两个置于基底上的锚点上。第一引导臂支点弹簧55a和第二引导臂支点弹簧55b与第一引导臂54a和第二引导臂54b的连接点分别位于第一引导臂54a的中间位置和第二引导臂54b的中间位置。

第一检测装置组包括X方向检测电容组和Y方向检测电容组。X方向检测电容组由设置在基底上的第一检测电极3a和第二检测电极3b与第一质量块1组成。第一检测电极3a和第二检测电极3b对称设置，电极的延伸方向与Y方向平行，且分别与第一质量块1沿Y方向的两条边框的一部分相对应。第一检测电极3a和第一质量块1形成的电容组与第二检测电极3b和第一质量块1形成的电容组能形成差分检测。Y方向检测电容组由设置在基底上的第三检测电极3c和第四检测电极3d与第一质量块1组成。第三检测电极3c和第四检测电极3d对称设置，电极的延伸方向与X方向平行，分别与第一质量块1沿X方向的两条边框的一部分相对应。第三检测电极3c和第一质量块1形成的电容组与第四检测电极3d和第一质量块1形成的电容组能形成差分检测。

在一些实施例中，第一检测装置组可以由设置在基底上的固定梳齿组和设置在第一质量块1上的可动梳齿组组成。此时，包括两个X方向可动梳齿组，位于第一质量块1沿Y方向的两条边上，两个X方向固定梳齿组，位于与X方向可动梳齿组对应的基底上，X方向可动梳齿组和X方向固定梳齿组形成可以进行差分检测的两对电容组。还包括两个Y方向可动梳齿组，位于第一质量块1沿X方向的两条边上，两个Y方向固定梳齿组，位于与Y方向可动梳齿组对应的基底上，Y方向可动梳齿组和Y方向固定梳齿组形成可以进行差分检测的两对电容组。

第二质量块组包括第二质量块一2a和第二质量块二2b，第二质量块一2a和第二质量块一2b对称设置在第一质量块1的内部，并且是沿经过结构中心的X轴对称分布的。

在一些实施例中，第二质量块组还可以包括多于两个的第二质量块，这些第二质量块都设置在第一质量块1的内部，并且依次排列设置。若是偶数个第二质量块，则呈对称分布，若是奇数个第二质量块，则以中间的一个第二质量块的轴线为对称轴，其他的第二质量块相对该对称轴对称分布。

第二质量块一2a通过与其四个角相连的四个第二质量块连接弹簧21a、21b、21c和21d连接到第一框架651上，第二质量块连接弹簧21a、21b、21c和21d能使得第二质量块一2a在X方向与驱动装置同步运动，并在Y方向具有自由度，以响应由Z轴角速度导致的第二质量块一2a沿Y方向的哥氏力导致的位移，产生输出信号。在一些实施例中，四个第二质量块连接弹簧21a、21b、21c和21d的形状为U型。第二质量块二2b与第二框架652的连接方式与第二质量块一2a类似。

第二检测装置组包括第二检测装置一4a和第二检测装置二4b。第二检测装置一4a设置在第二质量块一2a的中心。第二检测装置一4a包括固定梳齿组和可动梳齿组，其中，固定梳齿组通过锚点固定在基底上，可动梳齿组从第二质量块一2a中的四边形通孔内侧延伸出。固定梳齿组和可动梳齿组中每一根梳齿的延伸方向为沿X轴方向延伸。当存在Z轴角速度时，第二质量块一2a受Y方向的哥氏力产生Y方向的位移，此时固定在第二质量块2a上的第二检测装置一4a的可动梳齿组也发生沿Y方向的位移，导致第二检测装置一4a的可动梳齿组和固定梳齿组之间的距离发生变化，从而输出信号。第二检测装置二4b的设置方式和第一检测装置一4a的设置方式类似。

在一些实施例中，当第二质量块一2a发生沿Y+方向(即图1中向上)的位移时，带动第二检测装置一4a的可动梳齿组和固定梳齿组之间的距离变大；此时，第二质量块二2b发生沿Y-方向(即图1中向下)的位移，带动第二检测装置二4b的可动梳齿组和固定梳齿组之间的距离变小，从而形成了第二检测装置一4a和第二检测装置二4b的差分检测。

驱动装置包括第一驱动结构61、第二驱动结构62、第三驱动结构63和第四驱动结构64。第一驱动结构61和第二驱动结构62对称设置在第二质量块一2a沿X方向对称的两侧，能产生方向相同的第一驱动。第三驱动结构63和第四驱动结构64对称设置在第二质量块二2b沿X方向对称的两侧，能产生方向相同的第二驱动。而第一驱动和第二驱动的方向相反，因此，能带动第二质量块一2a和第二质量块二2b沿X方向相反的移动。

以第一驱动结构61为例，包括第一驱动单元61a和第一驱动检测单元61b，第一驱动单元61a的固定梳齿组和第一驱动检测单元61b的固定梳齿组相背设置，且都通过锚点固定到基底上。第一驱动单元61a的可动梳齿组和第一驱动检测单元61b的可动梳齿组固定在第一框架651上，与相应的固定梳齿组配合。其中，第一驱动检测单元61b用于检测驱动结构的运动幅度。第二驱动结构62、第三驱动结构63和第四驱动结构64的设置和第一驱动结构61类似。其中，一个驱动结构中的驱动单元和驱动检测单元的位置可互相调换。

在一些实施例中，驱动装置可以只包括一个驱动结构，该驱动结构包括一个驱动单元和一个驱动检测单元，该一个驱动单元设置在第一框架651上，该一个驱动检测单元设置在第二框架652上，并且相对于X轴对称设置。

在一些实施例中，驱动装置可以包括两个驱动结构，其中一个驱动结构设置在第一框架651的一侧，另一个驱动结构设置在第二框架652的一侧，并且相对X轴对称设置。

在一些实施例中，驱动装置可以包括两个驱动结构，其中一个驱动结构的驱动单元设置在第一框架651的一侧，驱动检测单元设置在第一框架651的另一侧；另一个驱动结构的驱动单元设置在第二框架652的一侧，驱动检测单元设置在第二框架652的另一侧。两个驱动结构相对X轴对称设置。

第一框架651通过与其四个角相连的框架连接弹簧651a、651b、651c和651d连接到固定在基底上的锚点上。框架连接弹簧使得第一框架651在X方向具有自由度，而在Y方向和Z方向具有一定刚度，避免产生耦合运动及双倍频项。第一框架651还通过第一驱动力传递弹簧653a连接到第一引导臂54a，通过第二驱动力传递弹簧653b连接到第二引导臂54b。第二框架652的设置方式与第一框架651类似。

在驱动装置的驱动下，以及在四边形联动结构的作用下，第二质量块一2a和第二质量块二2b发生沿X方向的移动，且两者的移动方向相反。具体的，当第一驱动结构61和第二驱动结构62驱动第一框架651往X+方向(即图1中往右)移动时，第三驱动结构63和第四驱动结构64驱动第二框架652往X-方向(即图1中往左)移动，由于驱动力是往复的，就形成第一框架和第二框架发生运动方向相反的沿X轴的往复运动。第一框架651和第二框架652相反运动通过驱动力传递弹簧传递到第一引导臂54a和第二引导臂54b上，使得四边形联动结构发生XY平面的旋转，该旋转又通过两个传递梁弹簧52a和52b带动第一质量块1发生XY平面内绕结构中心的旋转运动。

当三轴MEMS陀螺仪受绕X方向的角速度时，原本在驱动结构驱动下在XY平面旋转的第一质量块1受到了沿Z方向的哥氏力，发生Z方向的位移。具体地，第一检测电极3a对应的第一质量块1一侧的位移方向和第二检测电极3b对应的第一质量块1另一侧的位移方向相反(若一侧沿Z+移动，则另一侧沿Z-移动)。通过X方向检测电容组检测该位移从而表征绕X方向的角速度。

当三轴MEMS陀螺仪受绕Y方向的角速度时，原本在驱动结构驱动下在XY平面旋转的第一质量块1受到了沿Z方向的哥氏力，发生Z方向的位移。具体地，第三检测电极3c对应的第一质量块1一侧的位移方向和第四检测电极3d对应的第一质量块1另一侧的位移方向相反(若一侧沿Z+移动，则另一侧沿Z-移动)。通过Y方向检测电容组检测该位移从而表征绕Y方向的角速度。

当三轴MEMS陀螺仪受绕Z方向的角速度时，原本在驱动结构驱动下沿X方向发生相反运动的第二质量块一2a和第二质量块二2b，受到沿Y方向的哥氏力，发生Y方向的位移。具体地，第二质量块一2a和第二质量块二2b的位移方向相反(若一个沿Y+移动，则另一个沿Y-移动)。通过第二检测装置组(4a和4b)检测该位移以表征绕Z方向的角速度。

实施例2

如图2所示，本实施例的三轴MEMS陀螺仪的内部结构呈现中心对称的结构，其包括基底，在图中未示出。还包括第一质量块21、第二质量块组、驱动装置组、第一检测装置组、第二检测装置组、由传递梁和引导臂组成的四边形联动结构等。

第一质量块21为四边形框架结构，第一质量块21能在驱动装置的作用下绕结构中心在XY平面内旋转。第一质量块21通过两个传递梁弹簧252a、252b与第一传递梁251a及第二传递梁251b相连。第一传递梁251a和第二传递梁251b相对设置，并且位于第一质量块21的内侧。第一传递梁251a和第二传递梁251b的两端分别通过连接弹簧253a、253b、253c和253d与第一引导臂254a和第二引导臂254b相连，从而形成四边形联动结构。第一引导臂254a和第二引导臂254b分别通过第一引导臂支点弹簧255a和第二引导臂支点弹簧255b接到两个置于基底上的锚点上。第一引导臂支点弹簧255a和第二引导臂支点弹簧255b与第一引导臂254a和第二引导臂254b的连接点分别位于第一引导臂254a的中间位置和第二引导臂254b的中间位置。

第一检测装置组包括X方向检测电容组和Y方向检测电容组。X方向检测电容组由设置在基底上的第一检测电极23a和第二检测电极23b与第一质量块21组成。第一检测电极23a和第二检测电极23b对称设置，电极的延伸方向与Y方向平行，且分别与第一质量块21沿Y方向的两条边框的一部分相对应。第一检测电极23a和第一质量块21形成的电容组与第二检测电极23b和第一质量块21形成的电容组能形成差分检测。Y方向检测电容组由设置在基底上的第三检测电极23c和第四检测电极23d与第一质量块21组成。第三检测电极23c和第四检测电极23d对称设置，电极的延伸方向与X方向平行，分别与第一质量块21沿X方向的两条边框的一部分相对应。第三检测电极23c和第一质量块21形成的电容组与第四检测电极23d和第一质量块21形成的电容组能形成差分检测。

在一些实施例中，第一检测装置组可以由设置在基底上的固定梳齿组和设置在第一质量块21上的可动梳齿组组成。此时，包括两个X方向可动梳齿组，位于第一质量块1沿Y方向的两条边上，两个X方向固定梳齿组，位于与X方向可动梳齿组对应的基底上，X方向可动梳齿组和X方向固定梳齿组形成可以进行差分检测的两对电容组。还包括两个Y方向可动梳齿组，位于第一质量块1沿X方向的两条边上，两个Y方向固定梳齿组，位于与Y方向可动梳齿组对应的基底上，Y方向可动梳齿组和Y方向固定梳齿组形成可以进行差分检测的两对电容组。

第二质量块组包括第二质量块一22a和第二质量块二22b，第二质量块一22a和第二质量块一22b对称设置在第一质量块21的内部，并且是沿经过结构中心的X轴对称分布的。

在一些实施例中，第二质量块组还可以包括多于两个的第二质量块，这些第二质量块都设置在第一质量块21的内部，并且依次排列设置。若是偶数个第二质量块，则呈对称分布，若是奇数个第二质量块，则以中间的一个第二质量块的轴线为对称轴，其他的第二质量块相对该对称轴对称分布。

第二质量块一22a通过与其四个角相连的四个第二质量块连接弹簧221a、221b、21c和21d连接到第一框架2651上，第二质量块连接弹簧221a、221b、221c和221d能使得第二质量块一22a在X方向与驱动装置同步运动，并在Y方向具有自由度，以响应由Z轴角速度导致第二质量块一22a的沿Y向的哥氏力导致的位移，产生输出信号。在一些实施例中，四个第二质量块连接弹簧221a、221b、221c和221d的形状为U型。第二质量块二22b与第二框架2652的连接方式与第二质量块一22a类似。

第二检测装置组包括第二检测装置一24a和第二检测装置二24b。第二检测装置一24a设置在第二质量块一22a中心。第二检测装置一24a包括固定梳齿组和可动梳齿组，其中，固定梳齿组通过锚点固定在基底上，可动梳齿组从第二质量块一22a中的四边形通孔内侧延伸出。固定梳齿组和可动梳齿组中每一根梳齿的延伸方向为沿X轴方向延伸。当存在Z轴角速度时，第二质量块一22a受Y方向的哥氏力产生Y方向的位移，此时固定在第二质量块2a上的第二检测装置一4a的可动梳齿组也发生沿Y方向的位移，导致第二检测装置一24a的可动梳齿组和固定梳齿组之间的距离发生变化，从而输出信号。第二检测装置二24b的设置方式和第一检测装置一24a的设置方式类似。

在一些实施例中，当第二质量块一22a发生沿Y+方向(即图2中向上)的位移时，带动第二检测装置一24a的可动梳齿组和固定梳齿组之间的距离变大；此时，第二质量块二22b发生沿Y-方向(即图2中向下)的位移，带动第二检测装置二24b的可动梳齿组和固定梳齿组之间的距离变小，从而形成了第二检测装置一24a和第二检测装置二24b的差分检测。

驱动装置包括第一驱动结构261、第二驱动结构262、第三驱动结构263和第四驱动结构264。第一驱动结构261和第二驱动结构262对称设置在第二质量块一22a内，能产生方向相同的第一驱动。第三驱动结构263和第四驱动结构264对称设置在第二质量块二22b内，能产生方向相同的第二驱动。而第一驱动和第二驱动的方向相反，因此，能带动第二质量块一22a和第二质量块二22b沿X方向相反的移动。

以第一驱动结构261为例，包括第一驱动单元261a和第一驱动检测单元261b，具体地，第一驱动单元261a的固定梳齿组和第一驱动检测单元261b的固定梳齿组相背设置，且都通过锚点固定到基底上。第一驱动单元261a的可动梳齿组和第一驱动检测单元261b的可动梳齿组固定连接在第二质量块一22a上，与相应的固定梳齿组配合。固定梳齿组和可动梳齿组中的每一根梳齿的延伸方向为沿X方向延伸。其中，第一驱动检测单元261b用于检测驱动单元的运动幅度。通过将驱动装置的可动梳齿组固定到第二质量块上，能够增大第二质量块的质量，从而增大输出信号。第二驱动结构262、第三驱动结构263和第四驱动结构264的设置和第一驱动结构261类似。其中，一个驱动结构中的驱动单元和驱动检测单元的位置可互相调换。

在一些实施例中，驱动装置可以只包括一个驱动结构，该驱动结构包括一个驱动单元和一个驱动检测单元，该一个驱动单元设置在第二质量块一22a上，该一个驱动检测单元设置在第二质量块二22b上，并且相对于穿过结构中心的X轴对称设置。

在一些实施例中，驱动装置可以包括两个驱动结构，其中一个驱动结构设置在第二质量块一22a的一侧，另一个驱动结构设置在第二质量块二22b的一侧，并且相对X轴对称设置。

在一些实施例中，驱动装置可以包括两个驱动结构，其中一个驱动结构的驱动单元设置在第二质量块一22a的一侧，驱动检测单元设置在第二质量块二22b的另一侧；另一个驱动结构的驱动单元设置在第二质量块一22a的一侧，驱动检测单元设置在第二质量块二22b的另一侧。两个驱动结构相对X轴对称设置。

第一框架2651通过与其四个角相连的框架连接弹簧2651a、2651b、2651c和2651d连接到固定在基底上的锚点上。框架连接弹簧使得第一框架2651在X方向具有自由度，而在Y方向和Z方向具有一定刚度，避免产生耦合运动及双倍频项。第一框架2651还通过第一驱动力传递弹簧2653a连接到第一引导臂254a，通过第二驱动力传递弹簧2653b连接到第二引导臂254b。第二框架2652的设置方式与第一框架2651类似。

在驱动装置的驱动下，以及在四边形联动结构的作用下，第二质量块一22a和第二质量块二22b发生沿X方向的移动，且两者的移动方向相反。具体的，当第一驱动结构261和第二驱动结构262驱动第一框架2651往X+方向(即图2中往右)移动时，第三驱动结构263和第四驱动结构264驱动第二框架2652往X-方向(即图2中往左)移动，由于驱动力是往复的，就形成第一框架和第二框架发生运动方向相反的沿X轴的往复运动。第一框架2651和第二框架2652相反运动通过驱动力传递弹簧传递到第一引导臂254a和第二引导臂254b上，使得四边形联动结构发生XY平面的旋转，该旋转又通过两个传递梁弹簧252a和252b带动第一质量块21发生XY平面内绕结构中心的旋转运动。。

当三轴MEMS陀螺仪受绕X方向的角速度时，原本在驱动结构驱动下在XY平面旋转的第一质量块21受到了沿Z方向的哥氏力，发生Z方向的位移。具体地，第一检测电极23a对应的第一质量块21一侧的位移方向和第二检测电极23b对应的第一质量块1另一侧的位移方向相反(若一侧沿Z+移动，则另一侧沿Z-移动)。通过X方向检测电容组检测该位移从而表征绕X方向的角速度。

当三轴MEMS陀螺仪受绕Y方向的角速度时，原本在驱动结构驱动下在XY平面旋转的第一质量块21受到了沿Z方向的哥氏力，发生Z方向的位移。具体地，第三检测电极23c对应的第一质量块21一侧的位移方向和第四检测电极23d对应的第一质量块21另一侧的位移方向相反(若一侧沿Z+移动，则另一侧沿Z-移动)。通过Y方向检测电容组检测该位移从而表征绕Y方向的角速度。

当三轴MEMS陀螺仪受绕Z方向的角速度时，原本在驱动结构驱动下沿X方向发生相反运动的第二质量块一22a和第二质量块二22b，受到沿Y方向的哥氏力，发生Y方向的位移。具体地，第二质量块一2a和第二质量块二2b的位移方向相反(若一个沿Y+移动，则另一个沿Y-移动)。通过第二检测装置组(24a和24b)检测该位移以表征绕Z方向的角速度。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种三轴MEMS陀螺仪，其特征在于，包括

基底；

第一质量块，所述第一质量块被配置为能够被驱动以绕结构中心在X方向和Y方向组成的平面内旋转；

第一检测装置组，用于检测绕X方向和绕Y方向的角速度；

四边形联动结构，设置在所述第一质量块内部；

第二质量块组，包括至少两个第二质量块，所述至少两个第二质量块对称设置，且设置在所述四边形联动结构内部；

第二检测装置组，包括至少两个第二检测装置，用于检测绕Z方向的角速度；以及

驱动装置，设置在四边形联动结构内部，被配置为驱动第二质量块组沿X方向移动；在驱动装置和所述四边形联动结构的作用下，对称设置的至少两个质量块沿X方向的运动方向相反；

其中，X方向垂直于Y方向；Z方向垂直于X方向及Y方向。

2.如权利要求1所述的三轴MEMS陀螺仪，其特征在于，

所述三轴MEMS陀螺仪还包括框架组，所述框架组包括至少两个框架，设置在所述四边形联动结构内部，并且通过驱动力传递弹簧与所述四边形联动结构连接；所述至少两个框架对称设置，一个第二质量块设置在一个对应的框架内部。

3.如权利要求2所述的三轴MEMS陀螺仪，其特征在于，所述四边形联动结构包括相对设置的第一引导臂和第二引导臂以及相对设置的第一传递梁和第二传递梁，所述第一引导臂、第一传递梁、第二引导臂和第二传递梁通过弹簧互相连接；

第一引导臂和第二引导臂分别通过引导臂支点弹簧连接到设置在基底上的锚点上，使得第一引导臂和第二引导臂能绕连接点在X方向和Y方向组成平面内发生旋转；

第一传递梁和第二传递梁分别通过第一传递梁弹簧和第二传递梁弹簧连接到第一质量块上，从而带动第一质量块运动；

所述至少两个框架通过驱动力传递弹簧与所述第一引导臂和所述第二引导臂连接。

4.如权利要求3所述的三轴MEMS陀螺仪，其特征在于，所述第二质量块组中的每一个第二质量块，通过至少两组第二质量块连接弹簧连接到对应的框架上；所述第二质量块连接弹簧在Y方向上具有自由度；

所述框架组中的每一个框架，通过至少两组框架连接弹簧连接到设置在基底上的锚点上；所述框架连接弹簧在X方向上具有自由度。

5.如权利要求1所述的三轴MEMS陀螺仪，其特征在于，所述驱动装置包括至少一个驱动单元和至少一个驱动检测单元；所述至少一个驱动单元的固定梳齿组和所述至少一个驱动检测单元的固定梳齿组通过相应的锚点固定到基底上；

所述至少一个驱动单元的可动梳齿和至少一个驱动检测单元的可动梳齿组固定在框架上；或者所述至少一个驱动单元的可动梳齿组和至少一个驱动检测单元的可动梳齿组固定在第二质量块上。

6.如权利要求5所述的三轴MEMS陀螺仪，其特征在于，

所述至少一个驱动单元和至少一个驱动检测单元沿对设置的第二质量块组的对称轴对称设置；或者

一个驱动单元和一个驱动检测单元构成一个驱动结构，所述驱动装置包括至少两个驱动结构，所述至少两个驱动结构沿对设置的第二质量块组的对称轴对称设置，且所述对称轴两边的驱动结构的运动方向相反。

7.如权利要求6所述的三轴MEMS陀螺仪，其特征在于，

当一个框架内或一个第二质量块内包括一个驱动结构时，驱动单元和驱动检测单元设置框架内的同一侧或第二质量块内的同一侧；或者，驱动单元和驱动检测单元设置框架内对称的两侧或第二质量块内对称的两侧；

当一个框架内或一个第二质量块内包括两个驱动结构时，两个驱动结构设置在框架内对称的两侧或第二质量块内对称的两侧；或者，两个驱动结构中的两个驱动单元设置在框架内或第二质量块内的一侧，两个驱动检测单元设置在框架或第二质量块内对称的另一侧。

8.如权利要求1所述的三轴MEMS陀螺仪，其特征在于，每一个第二检测装置设置在对应的第二质量块内部；

每一个第二检测装置的固定梳齿组通过锚点固定在基底上；每一个第二检测装置的可动梳齿组固定在对应的第二质量块上；

通过在Y方向上第二检测装置的固定梳齿组和可动梳齿组之间的距离变化检测绕Z方向的角速度。

9.如权利要求1所述的三轴MEMS陀螺仪，其特征在于，第一检测装置组包括X方向检测电容组和Y方向检测电容组；其中，

X方向检测电容组包括设置在基底上的电极和第一质量块组成；Y方向检测电容组包括设置在基底上的电极和第一质量块组成；或者

X方向检测电容组包括设置在基底上的两组X方向固定梳齿组和设置在第一质量块上的两组X方向可动梳齿组组成；Y方向检测电容组包括设置在基底上的两组Y方向固定梳齿组和设置在第一质量块上的两组Y方向可动梳齿组组成。

10.如权利要求1所述的三轴MEMS陀螺仪，其特征在于，驱动及检测方式为静电、压电、压阻、磁、热中的一种或多种。

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