CN114964193A - 一种三轴微机械陀螺仪 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种三轴微机械陀螺仪，包括衬底，所述衬底上设有中心弹性结构，所述中心弹性结构与驱动结构相连，所述驱动结构包括以所述中心弹性结构为中心互为对称的第一驱动框架和第二驱动框架，以及以所述中心弹性结构为中心互为对称的第三驱动框架和第四驱动框架，所述驱动结构的外侧设有Z轴结构，所述驱动结构的内侧设有X轴检测机构模组和Y轴检测机构模组。本发明的优点在于，极大增强了陀螺仪的抗振动性；有效地降低了各轴之间输出信号的串扰；使驱动过程对Z轴方向信号的耦合度降到最低；由于本发明驱动结构的稳定性，使得各轴检测位移没有耦合到驱动，保证了陀螺仪的稳定性。

Description

一种三轴微机械陀螺仪

技术领域

本发明涉及一种陀螺仪，尤其涉及一种三轴微机械陀螺仪，属于微机械电子系统技术领域。

背景技术

微机械电子系统技术加工的微机械陀螺仪具有尺寸小、重量轻、功耗小、成本低、易于批量生产等优点，在微机械陀螺仪中，振动式硅微机械陀螺仪是最常见的一种陀螺仪，这种陀螺仪利用哥氏效应检测角速度的大小，其基本工作原理是：首先使检测质量块沿与角速度成90度的驱动方向做线振动或角振动，进入驱动状态；当沿敏感轴方向有角速度输入时，在检测轴方向就会出现哥氏力，这个哥氏力的方向和驱动方向以及敏感轴方向都互相垂直。哥氏力的大小和输入角速度成正比关系，因此通过检查哥氏力引起的位移变化量就可以直接得到输入角速度的信息。

三轴微机械陀螺仪，是可以同时检测三个轴，分别是X、Y、Z轴运动的陀螺仪。在当前在许多领域具有广阔的应用，包括智能手机，平板电脑等消费类电子产品，用以实现体感游戏的动作识别，辅助导航定位等功能。近年来随着汽车领域组合导航技术的发展，三轴微机械陀螺仪逐渐应用于车载导航领域。由于汽车在运行过程中车体会产生较大的振动，应用于消费类电子产品的传统三轴陀螺仪已经不适用于汽车领域。目前国内外的车规级设计都是以提高频率来实现陀螺仪的抗振动性，但目前的设计对于陀螺仪本身的振动杂态隔离不到位，并且，由于汽车在行驶时车体振动环境的复杂性，在一定条件下会导致激起振动杂态，尤其是驱动模态的共模杂态会对陀螺仪的输出产生干扰。

目前的主流设计大多是单芯片形式，即三轴共用同一个驱动结构。其优点是避免驱动时产生的强迫振动对输出信号造成干扰，但是在单结构形式中，有两个轴或三个轴共用一个检测质量块，这将不可避免的产生信号串扰，这种串扰包括信号串扰对于消费类电子产品使用影响不大，但会极大影响车规级的导航应用。陀螺仪的驱动结构使陀螺仪实现稳幅稳频的驱动运动，这也是陀螺仪实现精确感应角速度的根本。当前大多数三轴微陀螺仪的设计有至少一个轴的角速度输出会导致检测质量块产生位移耦合到驱动结构，虽然这种耦合到驱动结构的位移很小，但对于精度和稳定性要求极高的车规级应用，则会产生较大的影响。

目前来说，针对车规级三轴微机械陀螺仪的设计，由于三轴集成结构的复杂性，Z轴的设计往往是电极所在质量块同时参与驱动和检测运动，由于Z轴一般输出电极为多个梳齿电容结构，相比平板电容结构，梳齿结构的制造误差更大，会更容易受驱动的影响而造成输出信号失真。

发明内容

本发明的目的旨在提出一种三轴微机械陀螺仪，解决上述不足。

本发明实现上述目的的技术解决方案如下：

一种三轴微机械陀螺仪，其特征在于，包括衬底，所述衬底上设有中心弹性结构，所述中心弹性结构与驱动结构相连，所述驱动结构包括以所述中心弹性结构为中心互为对称的第一驱动框架和第二驱动框架，以及以所述中心弹性结构为中心互为对称的第三驱动框架和第四驱动框架，驱动斜梁模组将所述第一驱动框架、所述第四驱动框架、所述第二驱动框架、所述第三驱动框架按照顺时针方向依次相连，所述驱动结构的外侧设有Z轴结构，所述驱动结构的内侧设有X轴检测机构模组和Y轴检测机构模组；

所述X轴检测结构模组包括：设置在所述第一驱动框架内侧的第一X轴检测结构，设置在所述第二驱动框架内侧的第二X轴检测结构；

所述Y轴检测结构模组包括：设置在所述第三驱动框架内侧的第一Y轴检测结构，设置在所述第四驱动框架内侧的第二Y轴检测结构。

优选地，所述第三驱动框架上设有第一驱动反馈结构，所述第一驱动反馈结构包括第一驱动反馈可动梳齿和第一驱动反馈固定梳齿，所述第一驱动反馈可动梳齿与所述第三驱动框架相连，所述第一驱动反馈固定梳齿通过锚点固定在所述衬底上；

所述第四驱动框架上设有第二驱动反馈结构，所述第二驱动反馈结构包括第二驱动反馈可动梳齿和第二驱动反馈固定梳齿，所述第二驱动反馈可动梳齿与所述第四驱动框架相连，所述第二驱动反馈固定梳齿通过锚点固定在所述衬底上。

优选地，所述驱动结构还设有驱动梳齿模组，所述驱动梳齿模组包括驱动可动梳齿模组和驱动固定梳齿模组，所述驱动可动梳齿模组位于所述驱动框架上，所述驱动固定梳齿模组通过锚点固定在所述衬底上；

以所述中心弹性结构为中心，所述第一框架结构内的第一驱动梳齿模组与所述第二框架结构内的第二驱动梳齿模组相互对称，所述第三框架结构内的第三驱动梳齿模组与所述第四框架结构内的第四驱动梳齿模组相互对称。

优选地，所述Z轴结构包括悬浮在所述衬底上的Z轴检测质量块模组和Z轴中间质量块模组，所述Z轴检测质量块模组设置在所述驱动结构的外围，所述Z轴中间质量块模组位于所述驱动结构和所述Z轴检测质量块模组之间，包括第一Z轴中间质量块模组、第二Z轴中间质量块模组、第三Z轴中间质量块模组、第四Z轴中间质量块模组，Z轴过渡弹簧机构将所述Z轴检测质量块模组，所述Z轴中间质量块模组、所述驱动结构三者相连接；

所述Z轴结构还包括均布于所述Z轴检测质量块模组上的Z轴检测结构模组，所述Z轴检测结构模组包括Z轴可动梳齿和Z轴固定梳齿模块，所述Z轴固定梳齿模组通过锚点固定在所述衬底上，Z轴扭转弹簧机构的一端连接所述Z轴检测质量块模块，另一端通过锚点固定在所述衬底上。

优选地，所述第一X轴检测结构包括悬浮在所述衬底上的第一X轴质量块，所述第一X轴质量块的一端通过第一X轴扭转机构与所述第一驱动框架相连，所述第一X轴质量块的另一端与所述中心弹性结构相连，第一X轴下级板位于所述第一X轴质量块的正下方，并固定在所述衬底上；

所述第二X轴检测结构包括悬浮在所述衬底上的第二X轴质量块，所述第二X轴质量块的一端通过第二X轴扭转机构与所述第二驱动框架相连，所述第二X轴质量块的另一端与所述中心弹性结构相连，第二X轴下级板位于所述第二X轴质量块的正下方，并固定在所述衬底上。

优选地，所述第一Y轴检测结构包括悬浮在所述衬底上的第一Y轴质量块，所述第一Y轴质量块的一端通过第一Y轴扭转机构与所述第三驱动框架相连，所述第一Y轴质量块的另一端与所述中心弹性结构相连，第一Y轴下级板位于所述第一Y轴质量块的正下方，并固定在所述衬底上；

所述第二Y轴检测结构包括悬浮在所述衬底上的第二Y轴质量块，所述第二Y轴质量块的一端通过第二Y轴扭转机构与所述第四驱动框架相连，所述第二Y轴质量块的另一端与所述中心弹性结构相连，第二Y轴下级板位于所述第二Y轴质量块的正下方，并固定在所述衬底上。

优选地，所述中心弹性结构的中部设有弹簧机构，连接板设置在所述弹簧机构的四周，所述弹簧机构通过所述连接板与折叠连接机构相连；

所述折叠连接机构包括，以所述弹簧机构为中心：相互对称的第一折叠连接机构和第一折叠连接机构，以及相互对称的第三折叠连接机构和第四折叠连接机构；

所述第一折叠连接机构与所述第一X轴质量块相连，所述第二折叠连接机构与所述第二X轴质量块相连，所述第三折叠连接机构与所述第一Y轴质量块相连，所述第四折叠连接机构与所述第二Y轴质量块相连。

优选地，所述驱动斜梁模组包括：用于连接所述第一驱动框架和所述第四驱动框架的第二驱动斜梁，用于连接所述第四驱动框架和所述第二驱动框架的第四驱动斜梁，用于连接所述第二驱动框架和所述第三驱动框架的第三驱动斜梁，用于连接所述第三驱动框架和所述第一驱动框架的第一驱动斜梁。

本发明具备以下方面的优点：

1）驱动斜梁的设计可以将驱动共模模态放大，极大增强了陀螺仪的抗振动性；

2）X、Y、Z轴的质量块模组各自独立设置，有效降低了各轴之间输出信号的串扰；

3）Z轴中间质量块模组的设置使驱动过程对Z轴信号的耦合度降到最低。

4）X、Y、Z轴的输出而导致的位移不会耦合到驱动结构。

附图说明

图1是本发明的俯视结构示意图。

图2是本发明的第一驱动反馈结构31的结构示意图。

图3是本发明的第二驱动反馈结构32的结构示意图。

图4是本发明的Z轴检测机构43的梳齿结构示意图，其中（a）为位于Z轴检测质量块模组42左侧的梳齿结构示意图，（b）为与之相对应的Z轴质量检测块42右侧的梳齿结构示意图。

10-衬底，21-第一驱动框架，211-第一驱动固定弹簧，212-第二驱动固定弹簧，22-第二驱动框架，221-第三驱动固定弹簧，222-第四驱动固定弹簧，23-第三驱动框架，231-第五驱动固定弹簧，232-第六驱动固定弹簧232，24-第四驱动框架，241-第七驱动固定弹簧，242-第八驱动固定弹簧，251-第一驱动斜梁，252-第二驱动斜梁，253-第三驱动斜梁，254-第四驱动斜梁，31-第一驱动反馈结构，311-第一驱动反馈可动梳齿，312-第一驱动反馈固定梳齿，32-第二驱动反馈结构，321-第二驱动反馈可动梳齿，322-第二驱动反馈固定梳齿，331-第一驱动梳齿，332-第二驱动梳齿，333-第三驱动梳齿，334-第四驱动梳齿，335-第五驱动梳齿，336-第六驱动梳齿，337-第七驱动梳齿，338-第八驱动梳齿，411-第一Z轴中间质量块模组，412-第二Z轴中间质量块模组，413-第三Z轴中间质量块模组，414-第四Z轴中间质量块模组，42-Z轴检测质量块模组，43-Z轴检测机构，431-Z轴可动梳齿，432-第一固定梳齿432，433-第二固定梳齿，441-第一Z轴扭转弹簧，442-第二Z轴扭转弹簧，443-第三Z轴扭转弹簧，444-第四Z轴扭转弹簧，451-第一Z轴过渡弹簧，452-第二Z轴过渡弹簧，453-第三Z轴过渡弹簧，454-第四Z轴过渡弹簧，511-第一Y轴质量块，512-第一Y轴质量块，521-第一Y轴下级板，522-第二Y轴下级板，531-第一Y轴扭转机构，532-第二Y轴扭转机构，611-第一X轴质量块，612-第二X轴质量块，621-第一X轴下级板，622-第二X轴下级板，631-第一X轴扭转机构，632-第二X轴扭转机构，71-弹簧机构，72-连接板，731-第一折叠连接机构，732-第二折叠连接机构，733-第三折叠连接机构，734-第四折叠连接机构。

具体实施方式

以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明的技术方案更易于理解、掌握，从而对本发明的保护范围做出更为清晰的界定。

本发明揭示了一种三轴微机械陀螺仪，结合图1至图4，包括设置在底部的衬底10，所述衬底10表面的中部上设有中心弹性结构，所述中心弹性结构的四周与驱动结构相连，所述驱动结构包括以所述中心弹性结构为中心互为对称的第一驱动框架21和第二驱动框架22，以及以所述中心弹性结构为中心互为对称的第三驱动框架23和第四驱动框架24。

其中，每个驱动框架均通过驱动固定弹簧模组固定在衬底上，若以所述中心弹性结构的中心为原点建立正交坐标系，水平方向为X轴，垂直方向为Y轴，所述驱动固定弹簧模组包括设置在所述第一驱动框架21的第一驱动固定弹簧模组，所述第一驱动弹簧模组包括沿Y轴呈中心对称的第一驱动固定弹簧211和第二驱动固定弹簧212；以及设置在所述第二驱动框架22的第二驱动固定弹簧模组，所述第二驱动弹簧模组包括沿Y轴呈中心对称的第三驱动固定弹簧221和第四驱动固定弹簧222；以及设置在所述第三驱动框架23的第三驱动固定弹簧模组，所述第三驱动固定弹簧模组包括沿X轴呈中心对称的第五驱动固定弹簧231和第六驱动固定弹簧232；以及设置在所述第四驱动框架24的第四驱动固定弹簧模组，所述第四驱动固定弹簧模组包括沿X轴呈中心对称的第七驱动固定弹簧241和第八驱动固定弹簧242。所述驱动固定弹簧模组一端连接驱动框架，另一端与所述衬底10相连。

作为连接机构，驱动斜梁模组将所述第一驱动框架21、所述第四驱动框架24、所述第二驱动框架22、所述第三驱动框架23按照顺时针方向依次相连。具体来说，所述驱动斜梁模组包括：用于连接所述第一驱动框架21和所述第四驱动框架24的第二驱动斜梁252，用于连接所述第四驱动框架24和所述第二驱动框架22的第四驱动斜梁254，用于连接所述第二驱动框架22和所述第三驱动框架23的第三驱动斜梁253，用于连接所述第三驱动框架23和所述第一驱动框架21的第一驱动斜梁251。

所述驱动结构的外侧设有Z轴结构，从细节上来说，所述Z轴结构包括悬浮在所述衬底10上的Z轴检测质量块模组42和Z轴中间质量块模组，所述Z轴检测质量块模组42为环状结构，且设置在所述驱动结构的外围。所述Z轴中间质量块模组位于所述驱动结构和所述Z轴检测质量块模组42之间，所述Z轴中间质量块模组具体包括：位于第一驱动框架21的第一Z轴中间质量块模组411、位于第二驱动框架22的第二Z轴中间质量块模组412、位于第三驱动框架23的第三Z轴中间质量块模组413、位于第四驱动框架24的第四Z轴中间质量块模组414。

Z轴过渡弹簧机构将所述Z轴检测质量块模组42、所述Z轴中间质量块模组、所述驱动结构三者相连接。具体来说，所述Z轴过渡弹簧机构包括设置在第一驱动框架21的第一Z轴过渡弹簧451，设置在第二驱动框架22的第二Z轴过渡弹簧452，设置在第三驱动框架23的第三Z轴过渡弹簧453，设置在第四驱动框架24的第四Z轴过渡弹簧454。

所述Z轴结构还包括均布于所述Z轴检测质量块模组42上的若干Z轴检测结构模组43，所述Z轴检测结构模组43包括Z轴可动梳齿431和Z轴固定梳齿模块，所述Z轴固定梳齿模块包括第一固定梳齿432和第二固定梳齿433，所述Z轴可动梳齿431设置在所述第一固定梳齿432和所述第二固定梳齿433的间隙之中。所述Z轴固定梳齿模块通过锚点固定在所述衬底10上。

Z轴扭转弹簧机构用于固定所述检测质量块模块42，所述Z轴扭转弹簧机构的一端连接所述Z轴检测质量块模块42，另一端通过锚点固定在所述衬底10上，所述Z轴扭转弹簧机构包括设置在所述检测质量块模块42的对角线端点处的第一Z轴扭转弹簧441、第二Z轴扭转弹簧442、第三Z轴扭转弹簧443、第四Z轴扭转弹簧444。

另一方面，所述驱动结构的内侧设有X轴检测机构模组和Y轴检测机构模组。所述X轴检测结构模组包括设置在所述第一驱动框架21内侧的第一X轴检测结构，以及设置在所述第二驱动框架22内侧的第二X轴检测结构。所述Y轴检测结构模组包括设置在所述第三驱动框架23内侧的第一Y轴检测结构，以及设置在所述第四驱动框架24内侧的第二Y轴检测结构。

更进一步来说，所述第一X轴检测结构包括悬浮在所述衬底10上的第一X轴质量块611，所述第一X轴质量块611的一端通过第一X轴扭转机构631与所述第一驱动框架21相连，所述第一X轴质量块611的另一端与所述中心弹性结构相连，第一X轴下级板621位于所述第一X轴质量块611的正下方，并固定在所述衬底10之上。

所述第二X轴检测结构包括悬浮在所述衬底10上的第二X轴质量块612，所述第二X轴质量块的一端通过第二X轴扭转机构632与所述第二驱动框架22相连，所述第二X轴质量块612的另一端与所述中心弹性结构相连，第二X轴下级板622位于所述第二X轴质量块612的正下方，并固定在所述衬底10之上。

所述第一Y轴检测结构包括悬浮在所述衬底10上的第一Y轴质量块511，所述第一Y轴质量块511的一端通过第一Y轴扭转机构531与所述第三驱动框架23相连，所述第一Y轴质量块511的另一端与所述中心弹性结构相连，第一Y轴下级板521位于所述第一Y轴质量块511的正下方，并固定在所述衬底10之上。

所述第二Y轴检测结构包括悬浮在所述衬底10上的第二Y轴质量块512，所述第二Y轴质量块512的一端通过第二Y轴扭转机构532与所述第四驱动框架24相连，所述第二Y轴质量块512的另一端与所述中心弹性结构相连，第二Y轴下级板522位于所述第二Y轴质量块512的正下方，并固定在所述衬底10之上。

具体来说，所述第一X轴扭转机构631、所述第二X轴扭转机构632、所述第一Y轴扭转机构531、所述第二Y轴扭转机构532四者皆为工字结构，中间部分较粗。当Z轴感应时，具有稳定所述X轴质量块模组和所述Y轴质量块模组的作用，可以防止所述X轴质量块模组和所述Y轴质量块模组跟随所述Z轴质量块模组42在水平面内进行扭转，从而避免Z轴信号对X轴和Y轴信号的串扰。

本发明所揭示的一种三轴微机械陀螺仪还包括用于辅助所述驱动结构实现稳定振动输出的驱动反馈结构模组，其中包括：设置在所述第三驱动框架23内的第一驱动反馈结构31，所述第一驱动反馈结构31包括梳齿相互交错且密布的第一驱动反馈可动梳齿311和第一驱动反馈固定梳齿312，所述第一驱动反馈可动梳齿311与所述第三驱动框架23相连，所述第一驱动反馈固定梳齿312则通过锚点固定在所述衬底10上；

以及设置在所述第四驱动框架24内的第二驱动反馈结构32，所述第二驱动反馈结构32包括梳齿相互交错且密布的第二驱动反馈可动梳齿321和第二驱动反馈固定梳齿322，所述第二驱动反馈可动梳齿321与所述第四驱动框架24相连，所述第二驱动反馈固定梳齿322通过锚点固定在所述衬底10上。

所述驱动结构还设有驱动梳齿模组，所述驱动梳齿模组包括驱动可动梳齿模组和驱动固定梳齿模组。所述驱动可动梳齿模组位于所述驱动框架上，所述驱动固定梳齿模组通过锚点固定在所述衬底10上。以所述中心弹性结构为中心，所述第一框架结构21内的第一驱动梳齿模组与所述第二框架结构22内的第二驱动梳齿模组相互对称，所述第三框架结构23内的第三驱动梳齿模组与所述第四框架结构24内的第四驱动梳齿模组相互对称。具体来说，所述第一驱动梳齿模组包括第一驱动梳齿331和第二驱动梳齿332，所述第二驱动梳齿模组包括第三驱动梳齿333和第四驱动梳齿334，所述第三驱动梳齿模组包括第五驱动梳齿335和第六驱动梳齿336，所述第四驱动梳齿模组包括第七驱动梳齿337和第八驱动梳齿338。

所述中心弹性结构的中部设有弹簧机构71，连接板72设置在所述弹簧机构71的四周，所述弹簧机构71通过所述连接板72与折叠连接机构相连。所述折叠连接机构包括，以所述弹簧机构71为中心：相互对称的第一折叠连接机构731和第一折叠连接机构732，以及相互对称的第三折叠连接机构733和第四折叠连接机构734。其中，所述第一折叠连接机构731与所述第一X轴质量块611相连，所述第二折叠连接机构732与所述第二X轴质量块612相连，所述第三折叠连接机构733与所述第一Y轴质量块511相连，所述第四折叠连接机构734与所述第二Y轴质量块512相连。

本发明采用三轴共用的单一驱动模式，陀螺仪在驱动时，所述驱动梳齿模组通电，进而所述驱动可动梳齿模组和所述驱动固定梳齿模组在通电后产生往复的静电力，所述第一驱动框架21、所述第二驱动框架22、所述第三驱动框架23、所述第四驱动框架24四者在静电力的作用下以一定频率进行线振动，并且呈收缩到扩张的往复运动，并且同时带动所述Z轴中间质量块模组42、第一Y轴质量块511、第二Y轴质量块512、第一X轴质量块611、第二X轴质量块612一起运动。

在以中心弹性结构的中心为原点建立的三维坐标系中，以所述衬底10所在的平面为X、Y轴水平面，所述第一驱动框架21和所述第二驱动框架22位于Y轴，所述第三驱动框架23和所述第四驱动框架24位于X轴。

由于驱动斜梁模组的作用，驱动的共模模态远高于有用模态。共模模态是指，第三驱动框架23和第四驱动框架24在所述坐标系的X轴方向的同向模态，以及第一驱动框架21和第二驱动框架22在所述坐标系的Y轴方向的同向模态。通过有限元仿真计算可得驱动模态频率25KHz, X轴方向同向模态和Y轴方向同向模态的频率均大于40KHz，因此，整个系统具有很好的抗振动性能。

当系统受到Z轴方向的角速度时,对应的Z轴中间质量块模组41会受到与驱动运动方向以及角速度方向都垂直的哥氏加速度作用，这样Z轴中间质量块模组41中的第一Z轴中间质量块模组411、第二Z轴中间质量块模组412、第三Z轴中间质量块模组413、第四Z轴中间质量块模组414四者会带动Z轴检测质量块模组42在Z轴扭转弹簧机构45的作用下一起绕中心弹性结构做平面扭转运动。在这种情况下，由Z轴固定梳齿模块中的第一固定梳齿432和第二固定梳齿433分别和Z轴可动梳齿431构成的两组检测电容，如图4所示，当其中任意一组电容增大时，另一组电容减小，从而实现了Z轴的差分输出。在驱动过程中，Z轴检测质量块模组42受到Z轴扭转弹簧机构的作用从而保持不动，因此，避免了驱动对Z轴信号的干扰。

当系统受到来自Y轴方向的角速度时,所述Y轴质量块模组会受到沿Z轴的哥氏加速度。所述第一Y轴质量块511受到的哥氏加速度和所述第二Y轴质量块512受到的哥氏加速度大小相等，方向相反。因此，所述第一Y轴质量块511和所述第二Y轴质量块512绕所述中心弹性结构做类似跷跷板的上下运动。进而，所述第一Y轴下级板521和所述第一Y轴质量块511构成第一电容器，所述第二Y轴下级板522和所述第二Y轴质量块512构成第二电容器，其中一个电容增大，另一个电容减小，实现了差分输出。

在驱动过程中，由于Y轴质量块模组和Y轴下极板模组的正对面积保持不变，因此，对Y轴方向的信号不会产生影响。

当系统受到来自X轴方向的角速度时,所述X轴质量块模组会受到沿Z轴的哥氏加速度。所述第一X轴质量块611受到的哥氏加速度和所述第二X轴质量块612受到的哥氏加速度大小相等，方向相反。因此，所述第一X轴质量块611和所述第二X轴质量块612绕所述中心弹性结构做类似跷跷板的上下运动。进而，所述第一X轴下级板621和所述第一X轴质量块611构成第三电容器，所述第二X轴下级板622和所述第二X轴质量块612构成第四电容器，其中一个电容增大，另一个电容减小，实现了差分输出。

在驱动过程中，由于X轴质量块模组和X轴下极板模组的正对面积保持不变，因此，对X轴方向的信号不会产生影响。

X轴、Y轴、Z轴三者的输出端只对与其相对应的角速度有感应并做出反应，其中，X轴输出端为所述第一电容器和所述第二电容器，Y轴输出端为所述第三电容器和所述第四电容器，Z轴输出端为所述Z轴检测机构43，由此实现各个轴之间的信号耦合抑制。

在驱动的过程中，由于所述驱动固定弹簧模组的作用，当所述X轴质量块模组、所述Y轴质量块模组、所述Z轴质量块模组感应角速度时，三者所产生的位移不会耦合到驱动框架。

综上关于本发明技术方案介绍及具体实施例详述可见，本方案具备实质性特点和显著进步性，采用各轴共用驱动结构，驱动结构之间采用模态隔离机构的设计，即驱动斜梁的设计，使得驱动的共模模态远远大于陀螺仪工作时的有用模态，提高了陀螺仪的抗振性能。驱动电极结构布置于X轴和Y轴两个方向，增加了驱动电极的数量，从而增加了驱动力。X轴检测质量块模组和Y轴检测质量块位于驱动结构的内侧，Z轴检测质量块模组位于驱动结构的外侧，各轴独立存在，均可实现差分输出，避免输出信号串扰。Z轴中间质量块模组用于连接驱动结构和Z轴检测质量块模组，使得驱动结构和Z轴检测质量块模组在机械上互相解耦，避免的驱动过程对Z轴方向信号输出的影响。由于所述驱动固定弹簧模组的作用，使得X、Y、Z三轴感应角速度时，不会将检测位耦合到驱动结构，使得陀螺仪驱动更加稳定，精度更高。

本发明的有益效果在于：极大增强了陀螺仪的抗振动性；有效地降低了各轴之间输出信号的串扰；使驱动过程对Z轴方向信号的耦合度降到最低；X、Y、Z轴的输出而导致的位移不会耦合到驱动结构。

除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。另外，由于工艺及设计原因，而使陀螺仪在外观上与本发明不同，例如均布孔洞等，然而其原理与本发明技术方案实质相同的，也落在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种三轴微机械陀螺仪，其特征在于，包括衬底（10），所述衬底（10）上设有中心弹性结构，所述中心弹性结构与驱动结构相连，所述驱动结构包括以所述中心弹性结构为中心互为对称的第一驱动框架（21）和第二驱动框架（22），以及以所述中心弹性结构为中心互为对称的第三驱动框架（23）和第四驱动框架（24），驱动斜梁模组将所述第一驱动框架（21）、所述第四驱动框架（24）、所述第二驱动框架（22）、所述第三驱动框架（23）按照顺时针方向依次相连，所述驱动结构的外侧设有Z轴结构，所述驱动结构的内侧设有X轴检测机构模组和Y轴检测机构模组；所述X轴检测结构模组包括：设置在所述第一驱动框架（21）内侧的第一X轴检测结构，设置在所述第二驱动框架（22）内侧的第二X轴检测结构；所述Y轴检测结构模组包括：设置在所述第三驱动框架（23）内侧的第一Y轴检测结构，设置在所述第四驱动框架（24）内侧的第二Y轴检测结构。

2.如权利要求1所述的一种三轴微机械陀螺仪，其特征在于，所述第三驱动框架（23）上设有第一驱动反馈结构（31），所述第一驱动反馈结构（31）包括第一驱动反馈可动梳齿（311）和第一驱动反馈固定梳齿（312），所述第一驱动反馈可动梳齿（311）与所述第三驱动框架（23）相连，所述第一驱动反馈固定梳齿（312）通过锚点固定在所述衬底（10）上；所述第四驱动框架（24）上设有第二驱动反馈结构（32），所述第二驱动反馈结构（32）包括第二驱动反馈可动梳齿（321）和第二驱动反馈固定梳齿（322），所述第二驱动反馈可动梳齿（321）与所述第四驱动框架（24）相连，所述第二驱动反馈固定梳齿（322）通过锚点固定在所述衬底（10）上。

3.如权利要求1所述的一种三轴微机械陀螺仪，其特征在于，所述驱动结构还设有驱动梳齿模组，所述驱动梳齿模组包括驱动可动梳齿模组和驱动固定梳齿模组，所述驱动可动梳齿模组位于所述驱动框架上，所述驱动固定梳齿模组通过锚点固定在所述衬底（10）上；以所述中心弹性结构为中心，所述第一框架结构（21）内的第一驱动梳齿模组与所述第二框架结构（22）内的第二驱动梳齿模组相互对称，所述第三框架结构（23）内的第三驱动梳齿模组与所述第四框架结构（24）内的第四驱动梳齿模组相互对称。

4.如权利要求1所述的一种三轴微机械陀螺仪，其特征在于，所述Z轴结构包括悬浮在所述衬底（10）上的Z轴检测质量块模组（42）和Z轴中间质量块模组，所述Z轴检测质量块模组（42）设置在所述驱动结构的外围，所述Z轴中间质量块模组位于所述驱动结构和所述Z轴检测质量块模组（42）之间，包括第一Z轴中间质量块模组（411）、第二Z轴中间质量块模组（412）、第三Z轴中间质量块模组（413）、第四Z轴中间质量块模组（414），Z轴过渡弹簧机构将所述Z轴检测质量块模组（42），所述Z轴中间质量块模组、所述驱动结构三者相连接；所述Z轴结构还包括均布于所述Z轴检测质量块模组（42）上的Z轴检测结构模组（43），所述Z轴检测结构模组（43）包括Z轴可动梳齿和Z轴固定梳齿模块，所述Z轴固定梳齿模组通过锚点固定在所述衬底（10）上，Z轴扭转弹簧机构的一端连接所述Z轴检测质量块模块（42），另一端通过锚点固定在所述衬底（10）上。

5.如权利要求1所述的一种三轴微机械陀螺仪，其特征在于：所述第一X轴检测结构包括悬浮在所述衬底（10）上的第一X轴质量块（611），所述第一X轴质量块（611）的一端通过第一X轴扭转机构（631）与所述第一驱动框架（21）相连，所述第一X轴质量块（611）的另一端与所述中心弹性结构相连，第一X轴下级板（621）位于所述第一X轴质量块（611）的正下方，并固定在所述衬底（10）上；所述第二X轴检测结构包括悬浮在所述衬底（10）上的第二X轴质量块（612），所述第二X轴质量块的一端通过第二X轴扭转机构（632）与所述第二驱动框架（22）相连，所述第二X轴质量块（612）的另一端与所述中心弹性结构相连，第二X轴下级板（622）位于所述第二X轴质量块（612）的正下方，并固定在所述衬底（10）上。

6.如权利要求5所述的一种三轴微机械陀螺仪，其特征在于，所述第一Y轴检测结构包括悬浮在所述衬底（10）上的第一Y轴质量块（511），所述第一Y轴质量块（511）的一端通过第一Y轴扭转机构（531）与所述第三驱动框架（23）相连，所述第一Y轴质量块（511）的另一端与所述中心弹性结构相连，第一Y轴下级板（521）位于所述第一Y轴质量块（511）的正下方，并固定在所述衬底（10）上；所述第二Y轴检测结构包括悬浮在所述衬底（10）上的第二Y轴质量块（512），所述第二Y轴质量块（512）的一端通过第二Y轴扭转机构（532）与所述第四驱动框架（24）相连，所述第二Y轴质量块（512）的另一端与所述中心弹性结构相连，第二Y轴下级板（522）位于所述第二Y轴质量块（512）的正下方，并固定在所述衬底（10）上。

7.如权利要求6所述的一种三轴微机械陀螺仪，其特征在于，所述中心弹性结构的中部设有弹簧机构（71），连接板（72）设置在所述弹簧机构（71）的四周，所述弹簧机构（71）通过所述连接板（72）与折叠连接机构相连；所述折叠连接机构包括，以所述弹簧机构（71）为中心：相互对称的第一折叠连接机构（731）和第一折叠连接机构（732），以及相互对称的第三折叠连接机构（733）和第四折叠连接机构（734）；所述第一折叠连接机构（731）与所述第一X轴质量块（611）相连，所述第二折叠连接机构（732）与所述第二X轴质量块（612）相连，所述第三折叠连接机构（733）与所述第一Y轴质量块（511）相连，所述第四折叠连接机构（734）与所述第二Y轴质量块（512）相连。

8.如权利要求1所述的一种三轴微机械陀螺仪，其特征在于，所述驱动斜梁模组包括：用于连接所述第一驱动框架（21）和所述第四驱动框架（24）的第二驱动斜梁（252），用于连接所述第四驱动框架（24）和所述第二驱动框架（22）的第四驱动斜梁（254），用于连接所述第二驱动框架（22）和所述第三驱动框架（23）的第三驱动斜梁（253），用于连接所述第三驱动框架（23）和所述第一驱动框架（21）的第一驱动斜梁（251）。

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