CN113375653A - 一种离面检测陀螺仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种离面检测陀螺仪，其包括：左框架结构，其位于中心点A左侧，其内定义有第一空间，其能够沿X轴进行谐振运动；右框架结构，其位于中心点A右侧，其内定义有第二空间，其能够沿X轴进行与左框架结构反向的谐振运动；左移动质量块，其位于左框架结构的第一空间，其通过第一倾斜挠性梁与左框架结构相连；左敏感质量块，其位于左框架结构的第一空间，其通过第一敏感挠性梁与左移动质量块相连；右移动质量块，其位于右框架结构的第二空间，其通过倾斜挠性梁与右框架结构相连；右敏感质量块，其位于右框架结构的第二空间，其通过第二敏感挠性梁与右移动质量块相连。与现有技术相比，本发明设计合理紧凑，可靠性好，检测精度高。

Description

一种离面检测陀螺仪

【技术领域】

本发明涉及微机械系统技术领域，尤其涉及一种具有高检测精度的离面检测陀螺仪。

【背景技术】

陀螺是用于测量角速率的传感器，是惯性技术的核心器件之一，在现代工业控制、航空航天、国防军事及消费电子等领域发挥着重要作用。

传统的离轴陀螺仪为单质量块结构，驱动时驱动框架带动敏感质量块运动，检测时，敏感质量块发生离面运动，用来检测X/Y轴角速率；常见的双框架结构陀螺仪多为面内检测，少有用来检测离轴角速率。参见中国发明专利CN109737943A和CN108507555A，均公开了一种双框架MEMS陀螺仪，公开的微陀螺结构设计精巧，驱动时沿X方向运动，当敏感到哥氏力时，敏感质量块沿Y方向运动，该结构主要用于检测面内Z轴角速率；继续参考中国发明专利CN109059893A，主要公开了一个单片双轴陀螺仪，该结构设计巧妙，驱动时所述驱动模块会带动所述正方形框架和纵向条形X轴检测板沿Y轴发生运动，当敏感到X轴有角速率输入时，所述纵向条形X轴检测板沿Z轴发生运动，其通过X轴检测疏齿电容变化可得到X轴角速率；当敏感到Z轴有角速率输入时，所述正方形框架沿Y轴发生运动，其通过Z轴检测疏齿电容变化可得到Z轴角速率。但是，该陀螺仪结构离轴角速率检测精度较低。

因此，亟需提出一种新的技术方案来解决离轴陀螺仪检测精度低的问题。

【发明内容】

本发明的目的之一在于提供一种离面检测陀螺仪，其采用双框架结构，一方面，其结构设计新颖，通过巧妙的倾斜挠性梁结构和质量块设计，实现了离轴角速率检测；另一方面，其设计合理紧凑，可靠性好，工艺简单，检测精度高。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种离面检测陀螺仪，其包括：左框架结构，其位于中心点A的左侧，其内定义有第一空间，所述左框架结构能够沿X轴进行谐振运动；右框架结构，其位于所述中心点A的右侧，其内定义有第二空间，所述右框架结构与所述左框架结构平行且间隔预定距离，其能够沿X轴进行与所述左框架结构反向的谐振运动；左移动质量块，其位于所述左框架结构的第一空间内，其通过第一倾斜挠性梁与所述左框架结构相连；左敏感质量块，其位于所述左框架结构的第一空间内，其通过第一敏感挠性梁与所述左移动质量块相连；右移动质量块，其位于所述右框架结构的第二空间内，其通过第二倾斜挠性梁与所述右框架结构相连；右敏感质量块，其位于所述右框架结构的第二空间内，其通过第二敏感挠性梁与所述右移动质量块相连。

与现有技术相比，本发明设计的离面检测陀螺仪采用双框架结构，可用于X/Y轴角速率检测，框架结构内巧妙的设置了移动质量块、敏感质量块和挠性梁结构，驱动时移动质量块带动敏感质量块发生运动；检测时移动质量块发生倾斜(或离面倾斜)，敏感质量块可沿Z轴发生垂直上下运动(或离面运动)；挠性梁结构可将平面内运动转换为平面外运动，从而使本发明设计的离面检测微陀螺结构设计合理紧凑，可靠性好，工艺简单，检测精度高。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明在一个实施例中的离面检测陀螺仪的整体结构示意图；

图2为本发明的图1所示的中心耦合梁的结构示意图；

图3为本发明中图1所示的三轴陀螺仪驱动状态时的示意图；

图4为本发明中图1所示的三轴陀螺仪Y轴检测时的示意图。

其中，1a-左框架结构；1b-右框架结构；

2a-第一移动质量块；2b-第二移动质量块；2c-第三移动质量块；2d-第四移动质量块；2e-左敏感质量块；2f-右敏感质量块；

3a-第一驱动电极组；3b-第二驱动电极组；3c-第三驱动电极组；3d-第四驱动电极组；3e-第一敏感电极；3f-第二敏感电极；

4a.1～4a.4-左框架结构支撑梁；4a.5～4a.8-右框架结构支撑梁；4b.1～4b.4第一倾斜挠性梁；4b.5～4b.8第二倾斜挠性梁；4c.1～4c.4-第一敏感挠性梁；4c.5～4c.8-第二敏感挠性梁；4d-中心耦合梁；

5a.1～5a.6-框架结构锚点；5b-中心耦合梁锚点；

耦合弹性梁210；耦合中间连接梁220；耦合支撑梁230；第一耦合端部连接梁240；第二耦合端部连接梁250。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”“耦接”等术语应做广义理解；例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种离面检测陀螺仪。请参考图1所示，其为本发明在一个实施例中的离面检测陀螺仪的整体结构示意图。

图1所示的离面检测陀螺仪包括左框架结构1a，右框架结构1b，左移动质量块2a、2b，右移动质量块2c、2d，左敏感质量块2e，右敏感质量块2f，倾斜挠性梁4b.1～4b.8，敏感挠性梁4c.1～4c.8。

其中，左框架结构1a位于中心点A的左侧，其内定义有第一空间，所述左框架结构1a能够沿X轴进行谐振运动；右框架结构1b位于所述中心点A的右侧，其内定义有第二空间，所述右框架结构1b与所述左框架结构1a平行且间隔预定距离，其能够沿X轴进行与所述左框架结构1a反向的谐振运动；左移动质量块2a、2b位于所述左框架结构1a的第一空间内，其通过第一倾斜挠性梁4b.1～4b.4与所述左框架结构1a相连；左敏感质量块2e位于所述左框架结构1a的第一空间内，其通过第一敏感挠性梁4c.1～4c.4与所述左移动质量块块2a、2b相连；右移动质量块2c、2d位于所述右框架结构1b的第二空间内，其通过第二倾斜挠性梁4b.5～4b.8与所述右框架结构1b相连；右敏感质量块2f位于所述右框架结构1b的第二空间内，其通过第二敏感挠性梁4c.5～4c.8与所述右移动质量块2c、2d相连。其中，挠性梁又可称为扭转梁。

为了更好的说明本发明所示的离面检测陀螺仪的结构，可以建立一个三维直角坐标系，在图1所示的实施例中，在离面检测陀螺仪的基底所在的平面内，以平行于左框架结构1a和右框架结构1b的方向为Y轴，以垂直于左框架结构1a和右框架结构1b的方向为X轴，以X轴和Y轴为坐标轴确定Z轴，通过X轴、Y轴和Z轴建立的三维直角坐标系在图1中有所体现，其中，X轴沿左右方向，Y轴沿上下方向，坐标原点为中心点A。

图1所示的离面检测陀螺仪还包括：左框架结构锚点5a.1～5a.4；左框架结构支撑梁4a.1～4a.4，其连接于左框架结构锚点5a.1～5a.4和左框架结构1a之间；右框架结构锚点5a.3～5a.6；右框架结构支撑梁4a.5～4a.8，其连接于右框架结构锚点5a.3～5a.6和右框架结构1b之间；分别设置于所述左框架结构1a的上下两侧的第一驱动电极组3a和第二驱动电极组3b；分别设置于所述右框架结构1b的上下两侧的第三驱动电极组3c和第四驱动电极组3d。

第一驱动电极组3a、第二驱动电极组3b、第三驱动电极组3c和第四驱动电极组3d固定设置于基底(未图示)上；左框架结构1a通过左框架结构支撑梁4a.1～4a.4与左框架结构锚点5a.1～5a.4连接，左框架结构1a和左框架结构支撑梁4a.1～4a.4悬置于所述基底上方；右框架结构1b通过右框架结构支撑梁4a.5～4a.8与右框架结构锚点5a.3～5a.6连接，右框架结构1b和右框架结构支撑梁4a.5～4a.8悬置于所述基底上方。其中，左框架结构1a、右框架结构1b与框架结构支撑梁4a.1-4a.8结构同厚，为悬浮结构，而框架结构锚点5a.1-5a.6为非悬浮结构，直接连接基底起支撑作用。

在图1所示的实施例中，左框架结构1a和右框架结构1b结构相同，且关于Y轴对称布置(或左右对称分布)。第一驱动电极组3a设置于所述左框架结构1a的上侧，且沿X轴方向(或左右方向)依次排布；第二驱动电极组3b设置于所述左框架结构1a的下侧，且沿X轴方向(或左右方向)依次排布；第三驱动电极组3c设置于所述右框架结构1b的上侧，且沿X轴方向(或左右方向)依次排布；第四驱动电极组3d设置于所述右框架结构1b的下侧，且沿X轴方向(或左右方向)依次排布，其中，第一驱动电极组3a、第二驱动电极组3b、第三驱动电极组3c和第四驱动电极组3d整体关于X轴和Y轴对称。

在图1所示的实施例中，所述左框架结构锚点5a.1～5a.4位于所述左框架结构1a的周围，所述左框架结构支撑梁4a.1～4a.4位于所述左框架结构1a的周围，其中，每个左框架结构锚点5a.1～5a.4通过对应的一个左框架结构支撑梁4a.1～4a.4与所述左框架结构1a相连；所述右框架结构锚点5a.3～5a.6位于所述右框架结构1b的周围，所述右框架结构支撑梁4a.5～4a.8位于所述右框架结构1b的周围，其中，每个右框架结构锚点5a.3～5a.6通过对应的一个右框架结构支撑梁4a.5～4a.8与所述右框架结构1b相连。

在图1所示的具体实施例中，所述左框架结构支撑梁4a.1～4a.4为四个，其分别位于左框架结构1a的左侧的上下两端和右侧的上下两端；所述右框架结构支撑梁4a.5～4a.8为四个，其分别位于右框架结构1b的左侧的上下两端和右侧的上下两端；所述左框架结构支撑梁4a.1～4a.4和所述右框架结构支撑梁4a.5～4a.8均采用相同的U型结构且开口方向与Y轴平行；所述左框架结构支撑梁4a.1～4a.4和所述右框架结构支撑梁4a.5～4a.8整体关于X轴和Y轴对称。

在图1所示的具体实施例中，所述左框架结构锚点5a.1～5a.4为四个，其分别位于左框架结构1a左侧的上下两端和右侧的上下两端；所述右框架结构锚点5a.3～5a.6为四个，其分别位于右框架结构1b左侧的上下两端和右侧的上下两端。其中，位于左框架结构1a和右框架结构1b之间的锚点5a.3和锚点5a.4既可以作为左框架结构锚点使用，也可以作为右框架结构锚点使用，即位于左框架结构1a和右框架结构1b之间的左框架结构锚点和右框架结构锚点可以为同一个锚点；所述左框架结构锚点5a.1～5a.4和所述右框架结构锚点5a.3～5a.6整体关于X轴和Y轴对称。

如图3所示的，通过在第一驱动电极组3a和第二驱动电极组3b上施加驱动电压驱动所述左框架结构1a沿X轴进行谐振运动；通过在所述第三驱动电极组3c和第四驱动电极组3d上施加驱动电压驱动所述右驱动框架结构1b沿X轴进行与所述左框架结构1a反向的谐振运动。关于在驱动电极上施加驱动电压驱动框架结构沿X轴进行谐振运动的详细方案可以参考现有的相关技术，此文不再详述。

在图1所示的实施例中，所述左移动质量块2a、2b为两个，分别为第一移动质量块2a和第二移动质量块2b，其中，所述第一移动质量块2a位于所述左框架结构1a的第一空间内的上部，所述第一移动质量块2a通过所述第一倾斜挠性梁4b.1和4b.2与所述左框架结构1a相连；所述第二移动质量块2b位于所述左框架结构1a的第一空间内的下部，所述第二移动质量块2b通过所述第一倾斜挠性梁4b.3和4b.4与所述左框架结构1a相连；所述左敏感质量块2e通过所述第一敏感挠性梁4c.1～4c.4连接于所述第一移动质量块2a和第二移动质量块2b之间；所述右移动质量块2c、2d为两个，分别为第三移动质量块2c和第四移动质量块2d，其中，所述第三移动质量块2c位于所述右框架结构1b的第二空间内的上部，所述第三移动质量块2c通过所述第二倾斜挠性梁4b.5和4b.6与所述右框架结构1b相连；所述第四移动质量块2d位于所述右框架结构1b的第二空间内的下部，所述第四移动质量块2d通过所述第二倾斜挠性梁4b.7和4b.8与所述右框架结构1b相连；所述右敏感质量块2f通过所述第二敏感挠性梁4c.5～4c.8连接于所述第三移动质量块2c和第四移动质量块2d之间。

所述倾斜挠性梁4b.1～4b.8和敏感挠性梁4c.1～4c.8可以将X/Y平面内运动转换为X/Y平面外运动。

在图1所示的实施例中，设置于所述左框架结构1a的第一空间内的第一倾斜挠性梁4b.1～4b.4为四个，其中，两个第一倾斜挠性梁4b.1、4b.2分别位于所述第一移动质量块2a的顶部的左右两端，以连接所述第一移动质量块2a和所述左框架结构1a；另外两个第一倾斜挠性梁4b.3、4b.4分别位于所述第二移动质量块2b的底部的左右两端，以连接所述第二移动质量块2b和所述左框架结构1a；设置于所述右框架结构1b的第二空间内的第二倾斜挠性梁4b.5～4b.8为四个，其中，两个第二倾斜挠性梁4b.5、4b.6分别位于所述第三移动质量块2c的顶部的左右两端，以连接所述第三移动质量块2c和所述右框架结构1b；另外两个第二倾斜挠性梁4b.7、4b.8分别位于所述第四移动质量块2d的底部的左右两端，以连接所述第四移动质量块2d和所述右框架结构1b；设置于所述左框架结构1a的第一空间内的第一敏感挠性梁4c.1～4c.4为四个，其中，两个第一敏感挠性梁4c.1、4c.2分别位于所述左敏感质量块2e的顶部的左右两端，以连接所述左敏感质量块2e和第一移动质量块2a；另外两个第一敏感挠性梁4c.3、4c.4分别位于所述左敏感质量块2e的底部的左右两端，以连接所述左敏感质量块2e和第二移动质量块2b；设置于所述右框架结构1b的第二空间内的第二敏感挠性梁4c.5～4c.8为四个，其中，两个第二敏感挠性梁4c.5、4c.6分别位于所述右敏感质量块2f的顶部的左右两端，以连接所述右敏感质量块2f和所述第三移动质量块2c；另外两个第二敏感挠性梁4c.7、4c.8分别位于所述右敏感质量块2f的底部的左右两端，以连接所述右敏感质量块2f和所述第四移动质量块2d。

图1所示的离面检测陀螺仪还包括：

中心耦合梁锚点5b，其位于所述中心点A处；

中心耦合梁4d，其位于所述中心点A处且与所述中心耦合梁锚点5b相连，所述中心耦合梁4d连接于所述左框架结构1a和右框架结构1b之间，所述中心耦合梁4d设置的促使所述左框架结构1a和右框架结构1b沿X轴反向运动。

在图1所示的具体实施例中，中心耦合梁锚点5b为十字形锚点，该十字形锚点的十字交叉点位于所述中心点A。

请参考图2所示，其为本发明的图1所示的中心耦合梁的结构示意图。

结合图1和图2可知，中心耦合梁4d包括与所述左框架结构1a连接的第一结构部分和与右框架结构1b连接的第二结构部分，且中心耦合梁4d的第一结构部分和第二结构部分是关于Y轴对称(或左右对称分布)的，中心耦合梁4d包括四个耦合弹性梁210、四个耦合中间连接梁220、四个耦合支撑梁230、第一耦合端部连接梁240和第二耦合端部连接梁250。

第一耦合端部连接梁240的一端与左框架结构1a相连，另一端与一个耦合弹性梁210的中部相连；第二耦合端部连接梁250的一端与右框架结构1b相连，另一端与另一个耦合弹性梁210的中部相连；四个耦合弹性梁210和四个耦合中间连接梁220依次交替首尾相连，以形成一个闭环；每个耦合支撑梁230的一端与中心耦合梁锚点5b相连，另一端与对应的一个耦合中间连接梁220的中部相连。

中心耦合梁4d的位于Y轴的靠近左框架结构1a一侧的部分结构被称为第一结构部分，中心耦合梁4d的位于Y轴的靠近右框架结构1b一侧的部分结构被称为第二结构部分。

在图1和2所示的实施例中，中心耦合梁4d整体关于X轴和Y轴对称，其中，耦合弹性梁210为U型结构，且各个U型结构的开口方向背离中心耦合梁锚点5b；第一耦合端部连接梁240与一个U型结构的底部相连；第二耦合端部连接梁250与另一个U型结构的底部相连；每个耦合中间连接梁220为L型结构，且L型结构的开口方向朝向中心耦合梁锚点5b；每个耦合支撑梁230的一端与中心耦合梁锚点5b相连，其另一端与L型结构的角点相连，以使得四个耦合支撑梁230于闭环内形成对角线。

图1所示的离面检测陀螺仪还包括：

设置于所述左敏感质量块2e下方的第一敏感电极3e；

设置于所述右敏感质量块2f下方的第二敏感电极3f；

当感应到Y轴角速度输入时，会使得所述左敏感质量块2e和所述右敏感质量块2f沿着Z轴方向发生反向运动(或离面运动)，第一敏感电极3e检测与左敏感质量块2e的距离变化，第二敏感电极3f检测与右敏感质量块2f的距离变化，具体的，敏感到Y轴角速率后的第一敏感电极3e和第二敏感电极3f的电容一个增大，一个减小，两者差分得到Y轴角速度引起的电容变化，进而得到输入的Y轴角速率大小。

其中，第一敏感电极3e和第二敏感电极3f设置于所述基底上；中心耦合梁锚点5b固定于所述基底上；中心耦合梁4d悬置于所述基底上方；所述左移动质量块2a、2b，右移动质量块2c、2d，左敏感质量块2e和右敏感质量块2f悬置于所述基底上方；所述第一倾斜挠性梁4b.1～4b.4、第二倾斜挠性梁4b.5～4b.8、第一敏感挠性梁4c.1～4c.4和第二敏感挠性梁4c.5～4c.8悬置于所述基底上方。所述第一倾斜挠性梁4b.1～4b.4和所述第二倾斜挠性梁4b.5～4b.8整体关于X轴和Y轴对称；所述第一敏感挠性梁4c.1～4c.4和第二敏感挠性梁4c.5～4c.8整体关于X轴和Y轴对称；第一敏感电极3e和第二敏感电极3f关于Y轴对称；所述中心耦合梁4d整体关于X轴和Y轴对称。

需要特别说明的是，在图1所示的质量块(例如，左移动质量块2a、2b，右移动质量块2c、2d，左敏感质量块2e，右敏感质量块2f)上可设置一定量的通孔，以减小压膜阻尼，提高检测灵敏度；在图1所示的质量块(例如，左移动质量块2a、2b，右移动质量块2c、2d，左敏感质量块2e，右敏感质量块2f)和所述挠性梁(例如，第一倾斜挠性梁4b.1～4b.4，倾斜挠性梁4b.5～4b.8，第一敏感挠性梁4c.1～4c.4，第二敏感挠性梁4c.5～4c.8)上可设置限位或缓冲装置，防止结构发生过大冲击发生断裂；在图1所示的离面检测陀螺仪中，整体结构电极不局限于驱动电极(例如，第一驱动电极组3a、第二驱动电极组3b、第三驱动电极组3c和第四驱动电极组3d)和敏感电极3e、3f，其还可设置驱动反馈电极，测试电极等。

以下介绍本发明中图1所示的离面检测陀螺仪的检测原理。

请参考图3所示，其为本发明中图1所示的三轴陀螺仪驱动状态时的示意图。通过在第一驱动电极组3a和第二驱动电极组3b上施加驱动电压驱动所述左框架结构1a沿X轴进行谐振运动；通过在所述第三驱动电极组3c和第四驱动电极组3d上施加驱动电压驱动所述右框架结构1b沿X轴进行与所述左框架结构1a反向的谐振运动；在左框架结构1a沿X轴进行谐振运动，右框架结构1b沿X轴进行与左框架结构1a反向的谐振运动时，左框架结构1a通过第一倾斜挠性梁4b.1～4b.4，左移动质量块2a、2b和第一敏感挠性梁4c.1～4c.4带动所述左敏感质量块2e沿X轴进行谐振运动；右框架结构1b通过第二倾斜挠性梁4b.5～4b.8，右移动质量块2c、2d和第二敏感挠性梁4c.5～4c.8带动所述右敏感质量块2f沿X轴进行与左敏感质量块2e反向的谐振运动。

请参考图4所示，其为本发明中图1所示的离面检测陀螺仪Y轴检测时的示意图。当敏感到Y轴角速率输入时，由于柯氏效应会产生柯氏力，带动左移动质量块2a、2b和右移动质量块2c、2d倾斜(或离面倾斜)，带动所述左敏感质量块2e和所述右敏感质量块2f沿着Z轴方向发生离面反向运动，所述左敏感质量块2e和所述右敏感质量块2f下方设置的第一敏感电极3e和第二敏感电极3f敏感到距离发生变化，进而第一敏感电极3e和第二敏感电极3f的自身电容会随之改变，通过检测电容的变化可得到Y轴角速率的大小。

综上所述，本发明设计的离面检测陀螺仪采用双框架结构，其包括左框架结构1a和右框架结构1b，在每个框架结构内巧妙的的设置了移动质量块2a～2d、敏感质量块2e、2f和挠性梁4c.1～4c.8，所述挠性梁4c.1～4c.8用于框架结构1a、1b，移动质量块2a～2d，敏感质量块2e、2f的连接，其可将平面内运动转为平面外运动，整体结构厚度一致，工艺加工简单；驱动时，移动质量块2a～2d带动敏感质量块2e、2f发生运动，检测时，移动质量块2a～2d发生倾斜(或离面倾斜)，敏感质量块2e、2f可沿Z轴发生垂直上下运动,采用静电驱动，差分电容检测，从而使得检测时两个敏感质量块2e、2f可差分，有效的提高了检测精度；此外双框架结构间设置有中心耦合梁4d，使得左右两个框架结构1a、1b沿X轴方向始终发生反向运动，从而可有效的抵抗外界线性加速度的影响。本发明所述的离面检测陀螺仪实现了检测电容的差分放大，抑制了微陀螺框架结构耦合，提高了微陀螺的检测精度，并且设计合理紧凑，可靠性好，工艺简单。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改和变型。

Claims (13)

1.一种离面检测陀螺仪，其特征在于，其包括：

左框架结构，其位于中心点A的左侧，其内定义有第一空间，所述左框架结构能够沿X轴进行谐振运动；

右框架结构，其位于所述中心点A的右侧，其内定义有第二空间，所述右框架结构与所述左框架结构平行且间隔预定距离，其能够沿X轴进行与所述左框架结构反向的谐振运动；

左移动质量块，其位于所述左框架结构的第一空间内，其通过第一倾斜挠性梁与所述左框架结构相连；

左敏感质量块，其位于所述左框架结构的第一空间内，其通过第一敏感挠性梁与所述左移动质量块相连；

右移动质量块，其位于所述右框架结构的第二空间内，其通过第二倾斜挠性梁与所述右框架结构相连；

右敏感质量块，其位于所述右框架结构的第二空间内，其通过第二敏感挠性梁与所述右移动质量块相连。

2.根据权利要求1所述的离面检测陀螺仪，其特征在于，其还包括：

中心耦合梁锚点，其位于所述左框架和右框架结构之间；

中心耦合梁，其与所述中心耦合梁锚点相连，且所述中心耦合梁连接于所述左框架结构和右框架结构之间，所述中心耦合梁设置的促使所述左框架结构和右框架结构沿X轴反向运动，

其中，X轴和Y轴相互垂直并且定义了所述离面检测陀螺仪所在的平面，Z轴垂直于X轴和Y轴所定义的平面，X轴沿左右方向，Y轴沿上下方向，坐标原点为所述中心点A。

3.根据权利要求2所述的离面检测陀螺仪，其特征在于，其还包括：

左框架结构锚点；

左框架结构支撑梁，其连接于所述左框架结构锚点和所述左框架结构之间；

右框架结构锚点；

右框架结构支撑梁，其连接于所述右框架结构锚点和所述右框架结构之间；

分别设置于所述左框架结构的上下两侧的第一驱动电极组和第二驱动电极组；

分别设置于所述右框架结构的上下两侧的第三驱动电极组和第四驱动电极组；

通过在所述第一驱动电极组和第二驱动电极组上施加驱动电压驱动所述左框架结构沿X轴进行谐振运动；

通过在所述第三驱动电极组和第四驱动电极组上施加驱动电压驱动所述右驱动框架结构沿X轴进行与所述左框架结构反向的谐振运动。

4.根据权利要求3所述的离面检测陀螺仪，其特征在于，

所述左框架结构锚点位于所述左框架结构的周围，所述左框架结构支撑梁位于所述左框架结构的周围，其中，每个左框架结构锚点通过对应的一个左框架结构支撑梁与所述左框架结构相连；

所述右框架结构锚点位于所述右框架结构的周围，所述右框架结构支撑梁位于所述右框架结构的周围，其中，每个右框架结构锚点通过对应的一个右框架结构支撑梁与所述右框架结构相连。

5.根据权利要求3所述的离面检测陀螺仪，其特征在于，

所述第一驱动电极组、第二驱动电极组、第三驱动电极组和第四驱动电极组固定设置于基底上；

所述左框架结构和左框架结构支撑梁悬置于所述基底上方；所述右框架结构和右框架结构支撑梁悬置于所述基底上方；

所述左框架结构锚点固定设置于基底上；所述右框架结构锚点固定设置于基底上；

所述左移动质量块、右移动质量块、左敏感质量块和右敏感质量块悬置于所述基底上方；

所述第一倾斜挠性梁、第二倾斜挠性梁、第一敏感挠性梁和第二敏感挠性梁悬置于所述基底上方；

所述中心耦合梁锚点固定设置于所述基底上；

中心耦合梁悬置于所述基底上方。

6.根据权利要求2所述的离面检测陀螺仪，其特征在于，

所述左移动质量块为两个，分别为第一移动质量块和第二移动质量块，其中，所述第一移动质量块位于所述左框架结构的第一空间内的上部，其通过所述第一倾斜挠性梁与所述左框架结构相连；所述第二移动质量块位于所述左框架结构的第一空间内的下部，其通过所述第一倾斜挠性梁与所述左框架结构相连；所述左敏感质量块通过所述第一敏感挠性梁连接于所述第一移动质量块和第二移动质量块之间；

所述右移动质量块为两个，分别为第三移动质量块和第四移动质量块，其中，所述第三移动质量块位于所述右框架结构的第二空间内的上部，其通过所述第二倾斜挠性梁与所述右框架结构相连；所述第四移动质量块位于所述右框架结构的第二空间内的下部，其通过所述第二倾斜挠性梁与所述右框架结构相连；所述右敏感质量块通过所述第二敏感挠性梁连接于所述第三移动质量块和第四移动质量块之间。

7.根据权利要求2-6任一所述的离面检测陀螺仪，其特征在于，

在所述左框架结构沿X轴进行谐振运动，所述右框架结构沿X轴进行与所述左框架结构反向的谐振运动时，所述左框架结构通过所述第一倾斜挠性梁、左移动质量块和第一敏感挠性梁带动所述左敏感质量块沿X轴进行谐振运动；所述右框架结构通过所述第二倾斜挠性梁、右移动质量块和第二敏感挠性梁带动所述右敏感质量块沿X轴进行与所述左敏感质量块反向的谐振运动。

8.根据权利要求7所述的离面检测陀螺仪，其特征在于，其还包括：

设置于所述第一敏感质量块下方的第一敏感电极；

设置于所述第二敏感质量块下方的第二敏感电极；

当感应到Y轴角速度输入时，由于柯氏效应会产生柯氏力，带动左移动质量块和右移动质量块倾斜，带动所述第一敏感质量块和所述第二敏感质量块沿着Z轴方向发生反向运动，第一敏感电极检测与所述第一敏感质量块的距离变化，第二敏感电极检测与所述第二敏感质量块的距离变化，第一敏感电极和第二敏感电极的电容一个增大，一个减小，两者差分得到Y轴角速度引起的电容变化，进而得到输入的Y轴角速率大小。

9.根据权利要求2所述的离面检测陀螺仪，其特征在于，

所述中心耦合梁锚点位于所述中心点处；

所述中心耦合梁位于所述中心点处；

所述中心耦合梁包括四个耦合弹性梁、四个耦合中间连接梁、四个耦合支撑梁、第一耦合端部连接梁和第二耦合端部连接梁，

所述第一耦合端部连接梁的一端与所述左框架相连，另一端与一个所述耦合弹性梁的中部相连；所述第二耦合端部连接梁的一端与所述右框架相连，另一端与另一个所述耦合弹性梁的中部相连；所述四个耦合弹性梁和四个耦合中间连接梁依次交替首尾相连，以形成一个闭环；每个所述耦合支撑梁的一端与所述中心耦合梁锚点相连，另一端与对应的一个所述耦合中间连接梁的中部相连。

10.根据权利要求9所述的离面检测陀螺仪，其特征在于，

所述耦合弹性梁为U型结构，且各个U型结构的开口方向背离所述中心耦合梁锚点；

所述第一耦合端部连接梁与一个所述U型结构的底部相连；

所述第二耦合端部连接梁与另一个所述U型结构的底部相连；

每个所述耦合中间连接梁为L型结构，且L型结构的开口方向朝向所述中心耦合梁锚点；

每个所述耦合支撑梁的一端与所述中心耦合梁锚点相连，其另一端与L型结构的角点相连，以使得所述四个耦合支撑梁于闭环内形成对角线。

11.根据权利要求5所述的离面检测陀螺仪，其特征在于，

所述第一驱动电极组、第二驱动电极组、第三驱动电极组和第四驱动电极组整体关于X轴和Y轴对称；

所述左框架结构和所述右框架结构关于Y轴对称；

所述左框架结构支撑梁和右框架结构支撑梁关于X轴和Y轴对称；

所述左框架结构锚点和所述右框架结构锚点整体关于X轴和Y轴对称；

所述左移动质量块和右移动质量块关于X轴和Y轴对称；

所述左敏感质量块和右敏感质量块关于Y轴对称；

所述第一倾斜挠性梁和第二倾斜挠性梁整体关于X轴和Y轴对称

所述第一敏感挠性梁和第二敏感挠性梁整体关于X轴和Y轴对称；

所述中心耦合梁整体关于X轴和Y轴对称。

12.根据权利要求6所述的离面检测陀螺仪，其特征在于，

所述第一倾斜挠性梁为四个，其中，两个第一倾斜挠性梁分别位于所述第一移动质量块的顶部的左右两端，另外两个第一倾斜挠性梁分别位于所述第二个移动质量块的底部的左右两端；

所述第二倾斜挠性梁为四个，其中，两个第二倾斜挠性梁分别位于所述第三移动质量块的顶部的左右两端，另外两个第二倾斜挠性梁分别位于所述第四移动质量块的底部的左右两端；

所述第一敏感挠性梁为四个，其中，两个第一敏感挠性梁分别位于所述左敏感质量块的顶部的左右两端；另外两个第一敏感挠性梁位于所述左敏感质量块的底部的左右两端；

所述第二敏感挠性梁为四个，其中，两个第二敏感挠性梁位于所述右敏感质量块的顶部的左右两端；另外两个第二敏感挠性梁位于所述右敏感质量块的底部的左右两端。

13.根据权利要求3所述的离面检测陀螺仪，其特征在于，

所述质量块上设置有通孔，以减小压膜阻尼，提高检测灵敏度；

所述质量块和所述挠性梁上设置有限位或缓冲装置；

所述离面检测陀螺仪还包括驱动反馈电极和测试电极。

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