CN114459453A - 微机械陀螺仪及电子产品 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种微机械陀螺仪及电子产品，微机械陀螺仪包括驱动结构、检测结构和连接件。驱动结构包括第一运动件和安装于第一运动件的驱动件，第一运动件能够沿第一方向或与第一方向垂直的第二方向运动，驱动件用于驱动第一运动件的运动；检测结构包括第二运动件和安装于第二运动件的检测件，第二运动件能够沿第三方向或与第三方向垂直的第四方向运动，检测件用于检测第二运动件沿第三方向或第四方向的运动距离；第一方向与第三方向存在预设夹角。其中，驱动件安装于第一运动件内侧，检测件安装于第二运动件内侧，增加了微机械陀螺仪可安装的驱动件的数量，在驱动电压相同时可实现更大振幅驱动，从而提高微机械陀螺仪的灵敏度。

Description

微机械陀螺仪及电子产品

技术领域

本申请涉及陀螺仪技术领域，尤其涉及一种微机械陀螺仪及电子产品。

背景技术

微机械陀螺仪是一种典型的角速度微传感器，由于其尺寸小、功耗低和加工方便等优势在消费电子市场有着非常广泛的应用。通常情况下，微机械陀螺仪的几何结构高度对称，陀螺的驱动模态和检测模态完全相同，灵敏度高，且结构简单，但是，现有的微机械陀螺仪受限于结构和空间布局，使得微机械陀螺仪的灵敏度差。

发明内容

本申请提供了一种微机械陀螺仪及电子产品，能够提高微机械陀螺仪的灵敏度。

本申请第一方面提供一种微机械陀螺仪，包括：驱动结构、检测结构和连接件。驱动结构包括第一运动件和驱动件，第一运动件能够沿第一方向或与第一方向垂直的第二方向运动，驱动件安装于第一运动件内侧，用于驱动第一运动件的运动；检测结构包括第二运动件和检测件，第二运动件能够沿第三方向或与第三方向垂直的第四方向运动，检测件安装于第二运动件内侧，用于检测第二运动件沿第三方向或第四方向的运动距离；第一方向与第三方向存在预设夹角；连接件的一端与第一运动件连接，连接件的另一端与第二运动件连接。

在本申请中，驱动件安装在第一运动件内侧，检测件安装在第二运动件内侧，使得微机械陀螺仪的内部均可布置驱动件和检测件，从而增加了微机械陀螺仪可安装的驱动件的数量，在驱动电压相同时可实现更大振幅驱动，从而提高微机械陀螺仪的灵敏度，同时，提高了微机械陀螺仪的集成度和利用率。

在一种可能的设计中，驱动件包括驱动装置，驱动件设置有第一安装孔，驱动装置安装于第一安装孔；

检测件包括检测装置，检测件设置有第二安装孔，检测装置安装于第二安装孔。

在一种可能的设计中，驱动结构还包括第一周向梁，检测结构还包括第二周向梁；

驱动件通过第一周向梁与第一运动件连接，驱动件通过第二周向梁与第二运动件连接。

在一种可能的设计中，驱动结构包括第一径向梁，检测结构包括第二径向梁，微机械陀螺仪还包括固定件；

固定件的一端通过第一径向梁连接于驱动件，固定件的另一端通过第二径向梁连接于检测件。

在一种可能的设计中，沿第一运动件的运动方向，驱动件的数量至少为两个，沿第二运动件的运动方向，检测件的数量至少为两个；

相邻驱动件通过第一径向梁连接于固定件，相邻检测件通过第二径向梁连接于固定件。

在一种可能的设计中，第一运动件的数量为多个，沿第一运动件的运动方向，第一运动件对称设置；

第二运动件的数量为多个，沿第二运动件的运动方向，第二运动件对称设置；

沿微机械陀螺仪的周向，相邻第一运动件之间设置有至少一个第二运动件。

在一种可能的设计中，沿微机械陀螺仪的周向，第一运动件的运动方向和第二运动件的运动方向均匀分布。

在一种可能的设计中，第一运动件的质量大于第二运动件的质量。

在一种可能的设计中，驱动装置为电容结构和/或电感结构，检测装置为电容结构和/或电感结构。

本申请第二方面提供一种电子产品，包括：

本体和以上任一项所述的微机械陀螺仪，微机械陀螺仪安装于本体。

在本申请中，微机械陀螺仪能够计算出电子产品的角速度，以便于对电子产品的控制，该微机械陀螺仪具有较高的灵敏度，从而使得电子产品的使用性能得到提升。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为本申请所提供的微机械陀螺仪在一种实施例中的结构示意图；

图2为图1中微机械陀螺仪在驱动模态下的结构示意图；

图3为图1中微机械陀螺仪在检测模态下的结构示意图；

图4为图1中I部分的放大图；

图5为图1中II部分的放大图。

附图标记：

1-驱动结构；

11-第一运动件；

12-驱动件；

121-第一安装孔；

13-第一径向梁；

14-第一周向梁；

2-检测结构；

21-第二运动件；

22-检测件；

221-第二安装孔；

23-第二径向梁；

24-第二周向梁；

3-连接件；

4-固定件。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

需要注意的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。

本申请实施例第一方面提供一种微机械陀螺仪，如图1所示，该微机械陀螺仪包括：驱动结构1和检测结构2；驱动结构1包括第一运动件11和驱动件12，第一运动件11能够沿第一方向X或与第一方向X垂直的第二方向Y运动，驱动件12安装于第一运动件11，用于驱动第一运动件11的运动，第一运动件11的数量为多个，沿第一运动件11的运动方向，第一运动件11对称设置；检测结构2包括第二运动件21和检测件22，第二运动件21能够沿第三方向L或与第三方向L垂直的第四方向K运动，检测件22安装于第二运动件21，用于检测第二运动件21沿第三方向L或第四方向K的运动距离，第二运动件21的数量为多个，沿第二运动件21的运动方向，第二运动件21对称设置；且，沿微机械陀螺仪的周向，相邻第一运动件11之间设置有至少一个第二运动件21。

在本实施例中，第一运动件11和第二运动件21均成对设置，且第一运动件11和第二运动件21均可以设置为单组或多组，本申请对第一运动件11和第二运动件21的数量不做特殊限定。当第一运动件11和第二运动件21均为两组时，存在第一方向X、第二方向Y、第三方向L和第四方向K，当第一运动件11和第二运动件21为多组时，第一运动件11和第二运动件21的运动方向随之增加，但需满足第一运动件11和第二运动件21的运动方向沿微机械陀螺仪的周向均匀分布，以提升微机械陀螺仪工作的稳定性。以下任一实施例均以两组第一运动件11和两组第二运动件21为例，此时，第一方向X为0°方向，第二方向Y为90°方向，第三方向为45°方向，第四方向为145°方向。

其中，在本实施例中，微机械陀螺仪存在驱动模态和检测模态，如图2所示，当微机械陀螺仪处于驱动模态时，驱动件12能够控制第一运动件11沿第一方向X和第二方向Y移动，并产生沿第一方向X和沿第二方向Y的哥氏力，当微机械陀螺仪收到外界施加的角速度时，根据哥氏原理，角速度和哥氏力共同作用，并产生沿第三方向L和第四方向K的哥氏力合力，而哥氏力合力会迫使第二运动件21沿第三方向L和第四方向K运动，从而激发微机械陀螺仪的检测模态，此时，安装在第二运动件21上的检测件22会检测第二运动件21的移动距离，并将检测结果传输至计算系统(图中未标示)，计算系统根据接收的数据计算出施加在微机械陀螺仪上的角速度的大小。第一运动件11和第二运动件21均沿运动方向对称设置，能够增加第一运动件11和第二运动件21运动的平稳性，避免微机械陀螺仪单侧的第一运动件11或第二运动件21移动导致微机械陀螺仪发生偏摆，从而增加了微机械陀螺仪的平稳性。沿微机械陀螺仪的周向，相邻第一运动件11之间设置有至少一个第二运动件21，即第一运动件11与第二运动件21间隔设置，使得第一运动件11和第二运动件21均能够参与哥氏力的传递，从而能够较大幅度提升哥氏增益，进而提高机械灵敏度。

此外，在本实施例中，当微机械陀螺仪仅存在驱动模态时，第一运动件11沿第一方向X和第二方向Y运动，并带动第二运动件21沿微机械陀螺仪的周向运动，此时，检测件22处于无位移状态，防止检测件22运动而计算出错误的角速度；当微机械陀螺仪的检测模态被激活时，第二运动件21沿第三方向L和第四方向K运动，并带动第一运动件11沿微机械陀螺仪的周向运动，此时，驱动件12处于无位移状态，防止驱动件12干扰第一运动件11的运动而降低微机械陀螺仪运动的平稳性。因此，当微机械陀螺仪仅存在驱动模态时，检测件22处于无位移状态，微机械陀螺仪的检测模态被激活时，驱动件12处于无位移状态，从而降低了驱动件12的测量结构的误差，并提升了第一运动件11和第二运动件21的运动方向的准确性，降低了第一运动件11和第二运动件21的正交误差，进而使得微机械陀螺仪运动的稳定性和检测结果的准确性得到提升。

具体地，如图1所示，驱动件12安装于第一运动件11内侧；检测件22安装于第二运动件21内侧；如图4所示，微机械陀螺仪还包括连接件3，连接件3的一端与第一运动件11连接，连接件3的另一端与第二运动件21连接。

在本实施例中，驱动件12安装在第一运动件11内侧，检测件22安装在第二运动件21内侧，使得微机械陀螺仪的内部均可布置驱动件12和检测件22，从而增加了微机械陀螺仪可安装的驱动件12的数量，在驱动电压相同时可实现更大振幅驱动，从而提高微机械陀螺仪的灵敏度，同时，提高了微机械陀螺仪的集成度和利用率。其中，如图4所示，沿连接件3长度方向，连接件3的两端能够产生弹性变形，当第一运动件11或第二运动件21运动时，连接件3能够沿长度方向拉伸，防止第一运动件11和第二运动件21相互干扰，从而提升第一运动件11和第二运动件21运动的稳定性。

此外，第一运动件11的质量大于第二运动件21的质量，在微机械陀螺仪加工、安装和使用的过程中，可以通过减小检测质量块质量和/或增大驱动质量块质量来大幅度提升哥氏增益，从而提高机械灵敏度。

具体地，如图1所示，驱动件12包括驱动装置，驱动件12设置有第一安装孔121，驱动装置安装于第一安装孔121；检测件22包括检测装置，检测件22设置有第二安装孔221，检测装置安装于第二安装孔221。

在本实施例中，驱动装置用于控制第一运动件11的运动，检测装置用于检测第二运动件21沿第三方向L或第四方向K运动的距离，驱动装置安装于第一安装孔121，检测件22设置有第二安装孔221，简化了驱动装置和检测装置的安装结构，以便于驱动装置和检测装置的安装。

其中，在本实施例中，驱动件12设置有多个第一安装孔121，检测件22设置有多个第二安装孔221，以增加驱动装置和检测装置的安装位置，提升了驱动装置和检测装置的布置面积，从而增加了驱动振幅和检测信号，进而提升了微机械陀螺仪的灵敏度。

更具体的，驱动装置为电容结构和/或电感结构，检测装置为电容结构和/或电感结构。

在本实施例中，驱动装置和检测装置的实现方式包括但不限于电容结构和电感结构，本申请对驱动装置和检测装置的具体实现方式不做特殊限定，以增加驱动装置和检测装置的结构的灵活性，进而增加驱动装置和检测装置的适用范围。在本实施例中，以驱动装置和检测装置均为电容结构为例，当微机械陀螺仪仅存在驱动模态时，驱动装置的驱动电容的正极结构和负极结构之间的距离发生变化，从而使得第一运动件11发生沿第一方向X和第二方向Y的运动；当微机械陀螺仪收到外界施加的角速度时，第二运动件21在哥氏合力的作用下沿第三方向L和第四方向K运动，使得检测电容的正极结构和负极结构之间的距离发生变化，以检测第二运动件21的运动距离，检测电容将电容变化值传递至计算系统，计算系统通过接收到的数值计算出施加于微机械陀螺仪上的角速度的大小。因此，将驱动装置和检测装置设置为电容结构和/或电感结构，能够便于对第一运动件11和第二运动件21的运动的控制，同时便于对第二运动件21的运动距离的检测，从而简化了驱动装置和检测装置的结构，进而简化微机械陀螺仪的结构，减小微机械陀螺仪的安装空间。

以上任一实施例中，如图1所示，驱动结构1包括多个第一径向梁13，检测结构2包括多个第二径向梁23，微机械陀螺仪还包括多个固定件4，固定件4的一端通过第一径向梁13连接于驱动件12，固定件4的另一端通过第二径向梁23连接于检测件22；沿第一运动件11的运动方向，相邻驱动件12通过第一径向梁13连接于固定件4，沿第二运动件21的运动方向，相邻检测件22通过第二径向梁23连接于固定件4。驱动结构1还包括多个第一周向梁14，检测结构2还包括多个第二周向梁24；驱动件12通过第一周向梁14与第一运动件11连接，驱动件12通过第二周向梁24与第二运动件21连接。其中，如图5所示，沿第一运动件11的运动方向，第一径向梁13能够发生变形，沿垂直于第一运动件11运动的方向，第一周向梁14能够发生变形；沿第二运动件21的运动方向，第二径向梁23能够发生变形，沿垂直于第二运动件21运动的方向，第二周向梁24能够发生变形，避免了第一径向梁13、第一周向梁14、第二径向梁23和第二周向梁24在较大的作用力下发生损坏，从而延长了第一径向梁13、第一周向梁14、第二径向梁23和第二周向梁24的使用寿命，增加了第一运动件11和第二运动件21运动的稳定性，进而增加了微机械陀螺仪的使用寿命和工作的稳定性。

本申请实施例第二方面提供了一种电子产品，该电子产品包括：本体和以上任一实施例中所述的微机械陀螺仪，该微机械陀螺仪安装于本体。

在电子产品工作的过程中，微机械陀螺仪能够计算出电子产品的角速度，以便于对电子产品的控制，该微机械陀螺仪具有较高的灵敏度，从而使得电子产品的使用性能得到提升。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微机械陀螺仪，其特征在于，所述微机械陀螺仪包括：

驱动结构(1)，所述驱动结构(1)包括第一运动件(11)和驱动件(12)，所述第一运动件(11)能够沿第一方向(X)或与所述第一方向(X)垂直的第二方向(Y)运动，所述驱动件(12)安装于所述第一运动件(11)内侧，用于驱动所述第一运动件(11)的运动；

检测结构(2)，所述检测结构(2)包括第二运动件(21)和检测件(22)，所述第二运动件(21)能够沿第三方向(L)或与所述第三方向(L)垂直的第四方向(K)运动，所述检测件(22)安装于所述第二运动件(21)内侧，用于检测所述第二运动件(21)沿所述第三方向(L)或所述第四方向(K)的运动距离；

所述第一方向(X)与所述第三方向(L)存在预设夹角；

连接件(3)，所述连接件(3)的一端与所述第一运动件(11)连接，所述连接件(3)的另一端与所述第二运动件(21)连接。

2.根据权利要求1所述的微机械陀螺仪，其特征在于，所述驱动件(12)包括驱动装置，所述驱动件(12)设置有第一安装孔(121)，所述驱动装置安装于所述第一安装孔(121)；

所述检测件(22)包括检测装置，所述检测件(22)设置有第二安装孔(221)，所述检测装置安装于所述第二安装孔(221)。

3.根据权利要求1所述的微机械陀螺仪，其特征在于，所述驱动结构(1)包括第一周向梁(14)，所述检测结构(2)包括第二周向梁(24)；

所述驱动件(12)通过所述第一周向梁(14)与所述第一运动件(11)连接，所述驱动件(12)通过所述第二周向梁(24)与所述第二运动件(21)连接。

4.根据权利要求3所述的微机械陀螺仪，其特征在于，所述驱动结构(1)还包括第一径向梁(13)，所述检测结构(2)还包括第二径向梁(23)，所述微机械陀螺仪还包括固定件(4)；

所述固定件(4)的一端通过所述第一径向梁(13)连接于所述驱动件(12)，所述固定件(4)的另一端通过所述第二径向梁(23)连接于所述检测件(22)。

5.根据权利要求4所述的微机械陀螺仪，其特征在于，沿所述第一运动件(11)的运动方向，所述驱动件(12)的数量至少为两个，沿所述第二运动件(21)的运动方向，所述检测件(22)的数量至少为两个；

相邻所述驱动件(12)通过所述第一径向梁(13)连接于所述固定件(4)，相邻所述检测件(22)通过所述第二径向梁(23)连接于所述固定件(4)。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的微机械陀螺仪，其特征在于，所述第一运动件(11)的数量为多个，沿所述第一运动件(11)的运动方向，所述第一运动件(11)对称设置；

所述第二运动件(21)的数量为多个，沿所述第二运动件(21)的运动方向，所述第二运动件(21)对称设置；

沿所述微机械陀螺仪的周向，相邻所述第一运动件(11)之间设置有至少一个所述第二运动件(21)。

7.根据权利要求6所述的微机械陀螺仪，其特征在于，沿所述微机械陀螺仪的周向，所述第一运动件(11)的运动方向和所述第二运动件(21)的运动方向均匀分布。

8.根据权利要求1～5中任一项所述的微机械陀螺仪，其特征在于，所述第一运动件(11)的质量大于所述第二运动件(21)的质量。

9.根据权利要求2所述的微机械陀螺仪，其特征在于，所述驱动装置为电容结构和/或电感结构，所述检测装置为电容结构和/或电感结构。

10.一种电子产品，其特征在于，所述电子产品包括：

本体；

权利要求1～9中任一项所述的微机械陀螺仪，所述微机械陀螺仪安装于所述本体。

Images