CN116222531A - 微电子机械系统陀螺仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微电子机械系统陀螺仪，属于传感器技术领域。陀螺仪包括：基底、质量块组、驱动组件和检测组件；质量块组包括四个驱动质量块、锚点结构、耦合弹性梁和多个Z轴检测质量块，四个驱动质量块以中心对称的方式通过锚点结构悬挂于基底上，且四个驱动质量块之间通过耦合弹性梁连接；每个驱动质量块上均设有Z轴检测质量块。其中，在驱动模态下，相邻两个驱动质量块的驱动模态反相，在X轴、Y轴和Z轴三轴的检测模态均能实现反相振动，因此，可以达到机械差分效果，有效减小外界振动和冲击等因素对陀螺性能的影响，提升抗振特性，从而提高陀螺仪的检测精度和稳定性。

Description

微电子机械系统陀螺仪

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种微电子机械系统陀螺仪。

背景技术

陀螺仪是用于测量物体在X轴、Y轴以及Z轴运动角速度的惯性器件，目前，MEMS(micro electro mechanical systems，微电子机械系统)陀螺仪的应用较为普遍。MEMS陀螺仪是基于微机电工艺制造的惯性器件，具有体积小，可靠性高，成本低廉，适合大批量生产的特点。

目前，MEMS陀螺仪主要为电容谐振式陀螺仪，即通过驱动电容机械结构使质量块在驱动模态上振动，再通过检测由于科里奥利力导致的质量块在不同方向上运动而引起的电容变化，并将电容变化转换为角速度。然而，目前的陀螺仪存在抗振特性不好的问题。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种微电子机械系统陀螺仪，该陀螺仪结构紧凑，具有较好的抗振特性和检测灵敏度。

本发明提供了一种微电子机械系统陀螺仪，包括：

基底；

质量块组，所述质量块组包括四个驱动质量块、锚点结构、耦合弹性梁和多个Z轴检测质量块，所述四个驱动质量块以中心对称的方式通过所述锚点结构悬挂于所述基底上，且所述四个驱动质量块之间通过所述耦合弹性梁连接；每个所述驱动质量块上均设有所述Z轴检测质量块，相邻两个所述驱动质量块上的所述Z轴检测质量块之间通过第一连接梁连接；

驱动组件，设置在所述驱动质量块上，用于驱动所述驱动质量块在X-Y轴平面内转动；

检测组件，设置在所述驱动质量块上，用于检测各个所述驱动质量块和各个所述Z轴检测质量块的位置变化，并将检测到的位置变化转换成电信号输出；

所述微电子机械系统陀螺仪具有驱动模态、X轴检测模态、Y轴检测模态和Z轴检测模态；在所述驱动模态下，相邻两个所述驱动质量块的驱动模态反相，在所述X轴检测模态和所述Y轴检测模态下，相邻两个所述驱动质量块的振动方向相反，在所述Z轴检测模态下，四个所述驱动质量块静止，所述多个Z轴检测质量块在科里奥利力作用下沿顺时针方向或逆时针方向在所述X-Y轴平面内平动，或者所述多个Z轴检测质量块在所述科里奥利力作用下朝向所述微电子机械系统陀螺仪的中心轴做离心或向心运动；

其中，以所述基底的中心点为原点建立包含有X轴、Y轴、Z轴的三维空间坐标系，所述X轴、所述Y轴均与所述基底的端面相平行，所述Z轴与所述基底的端面相垂直。

可选的，所述质量块组包括第一驱动质量块、第二驱动质量块、第三驱动质量块和第四驱动质量块；

所述第一驱动质量块和所述第三驱动质量块关于X轴负方向轴对称布置，所述第二驱动质量块和所述第四驱动质量块关于X轴正方向轴对称布置；所述第一驱动质量块和所述第二驱动质量块关于Y轴正方向轴对称布置，所述第三驱动质量块和所述第四驱动质量块关于Y轴正方向轴对称布置；所述第一驱动质量块与所述第四驱动质量块中心对称布置；所述第三驱动质量块与所述第二驱动质量块中心对称布置。

可选的，所述第一驱动质量块和所述第二驱动质量块上的所述Z轴检测检测质量块通过所述第一连接梁连接，构成第一Z轴检测质量块；

所述第一驱动质量块和所述第三驱动质量块上的所述Z轴检测检测质量块通过所述第一连接梁连接，构成第二Z轴检测质量块；

所述第三驱动质量块和所述第四驱动质量块上的所述Z轴检测检测质量块通过所述第一连接梁连接，构成第三Z轴检测质量块；

所述第二驱动质量块和所述第四驱动质量块上的所述Z轴检测检测质量块通过所述第一连接梁连接，构成第四Z轴检测质量块；

所述第一Z轴检测质量块、所述第二Z轴检测质量块、所述第三Z轴检测质量块和所述第四Z轴检测质量块均呈H型布置。

可选的，在所述Z轴检测模态下，所述第一Z轴检测质量块和所述第三Z轴检测质量块在科里奥利力作用下顺时针转动，所述第二Z轴检测质量块和所述第四Z轴检测质量块在科里奥利力作用下逆时针转动。

可选的，所述检测组件包括设置在所述第一驱动质量块和所述第二驱动质量块上的第一X轴敏感轴电极、以及设置在所述第三驱动质量块和所述第四驱动质量块上的第二X轴敏感轴电极；

所述第一X轴敏感轴电极用于检测所述第一驱动质量块和所述第二驱动质量块在Z轴方向的位置变化，并将检测到的位置变化转换成电信号输出；

所述第二X轴敏感轴电极用于检测所述第三驱动质量块和所述第四驱动质量块在Z轴方向的位置变化，并将检测到的位置变化转换成电信号输出。

可选的，所述第一X轴敏感轴电极和所述第二X轴敏感轴电极的极性相反。

可选的，所述检测组件包括设置在所述第一驱动质量块和所述第三驱动质量块上的第一Y轴敏感轴电极、以及设置在所述第二驱动质量块和所述第四驱动质量块上的第二Y轴敏感轴电极；

所述第一Y轴敏感轴电极用于检测所述第一驱动质量块和所述第三驱动质量块在Z轴方向的位置变化，并将检测到的位置变化转换成电信号输出；

所述第二Y轴敏感轴电极用于检测所述第二驱动质量块和所述第四驱动质量块在Z轴方向的位置变化，并将检测到的位置变化转换成电信号输出。

可选的，所述第一Y轴敏感轴电极和所述第二Y轴敏感轴电极的极性相反。

可选的，所述检测组件包括Z轴敏感电极，每个所述驱动质量块上均设有与所述Z轴检测质量块一一对应的所述Z轴敏感电极，所述Z轴敏感电极与所述Z轴检测质量块构成可变间隙的电容结构，用于检测所述Z轴检测质量块运动而引起的电容变化，并将检测到的电容变化转换成电信号输出。

可选的，所述驱动组件包括两组驱动电极，每组所述驱动电极均包括两个极性相反的驱动电极。

本发明实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例提供的一种微电子机械系统陀螺仪，通过在基底上设置全对称的四个驱动质量块结构，结构更紧凑。四个驱动质量块间由耦合弹簧连接，可以保证各驱动质量块的振动模态耦合。且在驱动模态下，相邻两个驱动质量块的驱动模态反相，在X轴、Y轴和Z轴三轴的检测模态均能实现反相振动，因此，可以达到机械差分效果，有效减小外界振动和冲击等因素对陀螺性能的影响，提升抗振特性，从而提高陀螺仪的检测精度和稳定性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。

在附图中：

图1是本发明实施例提供的一种微电子机械系统陀螺仪的原理图；

图2是本发明实施例提供的一种驱动模态示意图；

图3是本发明实施例提供的一种X轴检测模态示意图；

图4是本发明实施例提供的一种Y轴检测模态示意图；

图5是本发明实施例提供的一种在科里奥利力作用下的Z轴响应示意图；

图6是本发明实施例提供的一种微电子机械系统陀螺仪的部分结构原理图；

图7是本发明实施例提供的另一种微电子机械系统陀螺仪的部分结构原理图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种微电子机械系统陀螺仪的原理图，如图1所示，该微电子机械系统陀螺仪包括：基底10、质量块组20、驱动组件30和Z轴检测组件40。

质量块组20包括四个驱动质量块21、锚点结构22、耦合弹性梁23和多个Z轴检测质量块24，四个驱动质量块21以中心对称的方式通过锚点结构22悬挂于基底10上，且四个驱动质量块21之间通过耦合弹性梁23连接。每个驱动质量块21上均设有Z轴检测质量块24，相邻两个驱动质量块21上的Z轴检测质量块24之间通过第一连接梁241连接。

驱动组件30设置在驱动质量块21上，用于驱动驱动质量块21在X-Y轴平面内转动。

检测组件40设置在驱动质量块21上，用于检测各个驱动质量块21和各个Z轴检测质量块24的位置变化，并将检测到的位置变化转换成电信号输出；

该微电子机械系统陀螺仪具有驱动模态、X轴检测模态、Y轴检测模态和Z轴检测模态。在驱动模态下，相邻两个驱动质量块21的驱动模态反相；在X轴检测模态和Y轴检测模态下，相邻两个驱动质量块21的振动方向相反；在Z轴检测模态下，四个驱动质量块21静止，多个Z轴检测质量块24在科里奥利力作用下沿顺时针方向或逆时针方向在X-Y轴平面内平动，或者多个Z轴检测质量块24在科里奥利力作用下朝向微电子机械系统陀螺仪的中心轴做离心或向心运动。

其中，以基底10的中心点为原点建立包含有X轴、Y轴、Z轴的三维空间坐标系，X轴、Y轴均与基底10的端面相平行，Z轴与基底10的端面相垂直。

可选的，耦合弹性梁23为几字型梁，以实现四个驱动质量块21之间的耦合连接。在本实施例中，每个驱动质量块21与锚点结构22之间通过悬臂梁22a进行连接。每个Z轴检测质量块24通过第二连接梁242与驱动质量块21连接。

在本实施例中，质量块组20包括关于陀螺仪结构中心对称分布的四个质量块21，分别记为第一驱动质量块21a、第二驱动质量块21b、第三驱动质量块21c和第四驱动质量块21d。其中，第一驱动质量块21a与第三驱动质量块21c关于X轴负方向轴对称布置；第二驱动质量块21b与第四驱动质量块21d关于X轴正方向轴对称布置；第一驱动质量块21a与第二驱动质量块21b关于Y轴正方向轴对称布置；第三驱动质量块21c与第四驱动质量块21d关于Y轴负方向轴对称布置；第一驱动质量块21a与第四驱动质量块21d中心对称布置；第三驱动质量块21c与第二驱动质量块21b中心对称布置。

微机械陀螺仪利用科里奥利力(即哥氏力，又称科氏力)的产生原理从而实现对角速度的检测。科里奥利力是处于转动参考系中的物体在运动时受到的一种惯性力。在微机械陀螺仪的设计中，首先需要制造一个运动的质量块。此时，质量块处于惯性系中，仅保持预设的运动状态，这种运动状态被称为驱动模态。当对运动中的质量块施加一个角速度时，即处驱动模态下的质量块突然被转动时。由于惯性，质量块将会保持原有的驱动模态下的运动。但站在转动系中观察所述质量块时，可以发现质量块在角速度的垂直方向上产生了位移。此时可以认为质量块在垂直于角速度的方向上受到了惯性力，这种惯性力被称为科里奥利力，可由右手定则确定科里奥利力的方向。站在转动系中观察质量块，质量块除了保持原有的运动之外，还在科里奥利力的方向上产生了位移，这种运动状态被称为检测模态。

图2是本发明实施例提供的一种驱动模态示意图，如图2所示，此时四个驱动质量块21均在X-Y轴平面内旋转且相邻两个驱动质量块的驱动模态反相，即第一驱动质量块21a与第三驱动质量块21c的驱动模态相反；第一驱动质量块21a与第二驱动质量块21b的驱动模态相反，第三驱动质量块21c与第四驱动质量块21d的驱动模态相反，第二驱动质量块21b与第四驱动质量块21d的驱动模态相反。

图3是本发明实施例提供的一种X轴检测模态示意图，如图3所示，在X轴检测模态下，四个驱动质量块响应面内沿X轴方向的角速度ω，根据哥氏原理，角速度ω将产生沿Z轴方向的哥氏力，而哥氏力会迫使陀螺产生以X轴检测模态振型的振动，使多个驱动质量块面外翻转。其中，第一驱动质量块21a与第三驱动质量块21c振动方向反相；第一驱动质量块21a与第二驱动质量块21b振动方向反相，第三驱动质量块21c与第四驱动质量块21d振动方向反相，第二驱动质量块21b与第四驱动质量块21d振动方向反相。相邻两个驱动质量块的振动方向反相，以形成差分检测。此时通过检测多个驱动质量块沿Z轴方向的振动位移，可获取角速度ω大小。

图4是本发明实施例提供的一种Y轴检测模态示意图，如图4所示，在Y轴检测模态下，多个驱动质量块响应面内沿Y轴方向的角速度ω，根据哥氏原理，角速度ω将产生沿Z轴方向的哥氏力，而哥氏力会迫使陀螺产生以Y轴检测模态振型的振动，使多个驱动质量块面外翻转。其中，第一驱动质量块21a与第三驱动质量块21c振动方向反相；第一驱动质量块21a与第二驱动质量块21b振动方向反相，第三驱动质量块21c与第四驱动质量块21d振动方向反相，第二驱动质量块21b与第四驱动质量块21d振动方向反相。相邻两个驱动质量块的振动方向反相，以形成差分检测。此时通过检测多个驱动质量块沿Z轴方向的振动位移，可获取角速度ω大小。

由上述图3和图4可以看出，在X轴检测模态和Y轴检测模态下，相邻两个驱动质量块21的振动方向相反。在本实施例中，每个驱动质量块21的X轴方向和Y轴方向的检测模态均为面外角振动。

可选的，如图1所示，第一驱动质量块21a和第二驱动质量块21b上的Z轴检测检测质量块24通过第一连接梁241连接，构成第一Z轴检测质量块24a。第一驱动质量块21a和第三驱动质量块21c上的Z轴检测检测质量块24通过第一连接梁241连接，构成第二Z轴检测质量块24b。第三驱动质量块21c和第四驱动质量块21d上的Z轴检测检测质量块24通过第一连接梁241连接，构成第三Z轴检测质量块24c。第二驱动质量块21b和第四驱动质量块21d上的Z轴检测检测质量块24通过第一连接梁241连接，构成第四Z轴检测质量块24d。第一Z轴检测质量块24a、第二Z轴检测质量块24b、第三Z轴检测质量块24c和第四Z轴检测质量块24d均呈H型布置。

在本实施例中，在Z轴检测模态下，第一Z轴检测质量块24a和第三Z轴检测质量块24c在科里奥利力作用下顺时针转动，第二Z轴检测质量块24b和第四Z轴检测质量块24d在科里奥利力作用下逆时针转动。

图5是本发明实施例提供的一种在科里奥利力作用下的Z轴响应示意图，如图5所示，在Z轴检测模态下，四个驱动质量块21静止。位于第一驱动质量块21a和第二驱动质量块21b上的第一Z轴质量块24a、以及位于第三驱动质量块21c和第四驱动质量块21d上的第三Z轴质量块24c在科里奥利力的作用沿顺时针方向在X-Y轴平面内平动；相反的，位于第一驱动质量块21a和第三驱动质量块21c上的第三Z轴质量块24b、以及位于第二驱动质量块21b和第四驱动质量块21d上的第四Z轴质量块24d在科里奥利力的作用下沿逆时针方向在X-Y轴平面内平动。

可选的，如图1所示，检测组件40包括设置在第一驱动质量21a块和第二驱动质量块21b上的第一X轴敏感轴电极41a、以及设置在第三驱动质量块21c和第四驱动质量块21d上的第二X轴敏感轴电极41b。

第一X轴敏感轴电极41a用于检测第一驱动质量21a块和第二驱动质量块21b在Z轴方向的位置变化，并将检测到的位置变化转换成电信号输出。

第二X轴敏感轴电极41b用于检测第三驱动质量块21c和第四驱动质量块21d在Z轴方向的位置变化，并将检测到的位置变化转换成电信号输出。

在本实施例中，第一X轴敏感轴电极41a和第二X轴敏感轴电极41b的极性相反，即一个为正极(N)，一个为负极(P)，达到检测电路的差分效果。

可选的，如图1所示，微电子机械系统陀螺仪还包括设置在第一驱动质量块21a和第三驱动质量块21c上的第一Y轴敏感轴电极42a、以及设置在第二驱动质量块21b和第四驱动质量块21d上的第二Y轴敏感轴电极42a。

第一Y轴敏感轴电极42a用于检测第一驱动质量块21a和第三驱动质量块21c在Z轴方向的位置变化，并将检测到的位置变化转换成电信号输出。

第二Y轴敏感轴电极42b用于检测第二驱动质量块21b和第四驱动质量块21d在Z轴方向的位置变化，并将检测到的位置变化转换成电信号输出。

在本实施例中，第一Y轴敏感轴电极42a和第二Y轴敏感轴电极42b的极性相反，即一个为正极(N)，一个为负极(P)，达到检测电路的差分效果。

在本实施例中，第一Z轴检测质量块24a设置在第一X轴敏感轴电极41a的上方，第三Z轴检测质量块24c设置在第二X轴敏感轴电极41b的上方。第二Z轴检测质量块24b设置在第一Y轴敏感轴电极42a的上方，第四Z轴检测质量块24d设置在第二Y轴敏感轴电极42b的上方。

需要说明的是，如图1所示，在本实施例中，检测组件40还包括设置在各驱动质量块21上的X轴其它功能电极43和Y轴其它功能电极44。

在本实施例的一种实现方式中，X轴其它功能电极43可以为X轴敏感轴电极。Y轴其它功能电极44也可以为Y轴敏感轴电极。或者，在本实施例的其它实现方式中，X轴其它功能电极43可以为例如检测反馈电极，以起到对检测环路进行闭环控制的作用。Y轴其它功能电极44可以为例如检测反馈电极，以起到对检测环路进行闭环控制的作用。

可选的，如图1所示，检测组件40还包括Z轴敏感电极45，每个驱动质量块21上均设有与Z轴检测质量块24一一对应的Z轴敏感电极45，Z轴敏感电极45与Z轴检测质量块24构成可变间隙的电容结构，用于检测Z轴检测质量块24运动而引起的电容变化，并将检测到的电容变化转换成电信号输出。

在本实施例中，各Z轴敏感电极45、以及各Z轴检测质量块24均具有梳齿状的电极板，两者构成梳齿电容结构。当陀螺仪接收到角速度时，受到科里奥利力作用，各个Z轴检测质量块24会转动，从而使得Z轴检测质量块24与Z轴敏感电极45的电极板之间的间隙发生变化，进而使得检测到的电容发生变化。通过将检测到的电容变化转换成电信号输出，即可根据该电信号推算得出角速度的大小，实现对角速度的检测。

可选的，如图1所示，驱动组件30包括两组驱动电极，每组驱动电极均包括两个极性相反的驱动电极31。

在本实施例中，两个驱动电极31可以均用于为驱动质量块21提供驱动力；或者两个驱动电极31中的一个用于为驱动质量块21提供驱动力，另一个用于检测驱动质量块21在驱动力下的位置变化，并将检测到的位置变化转换成电信号输出。

图6是本发明实施例提供的一种微电子机械系统陀螺仪的部分结构原理图，如图6所示，在本实施例的一种实现方式中，驱动质量块21上的两组驱动电极30分别沿Y轴+方向和X轴-方向设置在锚点结构22的一侧。其中第一驱动电极31a的极性为正，第二驱动电极31b的极性为负。驱动质量块21上设有两个Z轴检测质量块24和两个Z轴敏感轴电极，两个Z轴检测质量块24分别沿X轴+方向和Y轴-方向设置在锚点结构22的一侧。两个Z轴敏感轴电极包括沿Y轴-方向设置在锚点结构22一侧的第一Z轴敏感电极45a、以及沿X轴+方向设置在锚点结构22一侧的第二Z轴敏感电极45b。其中，第一Z轴敏感电极45a的极性为正，第二Z轴敏感电极45b的极性为负。第一X轴敏感轴电极41a和第一Y轴敏感轴电极42a分别设置在两个Z轴检测质量块24下方。X轴其它功能电极43与第一X轴敏感轴电极41a沿X轴方向对称布置在锚点结构22的两侧，Y轴其它功能电极44与第一Y轴敏感轴电极42a沿Y轴方向对称布置在锚点结构22的两侧。在本实施例中，X轴其它功能电极43为X轴敏感轴电极，与第一X轴敏感轴电极41a的极性相反，具体为X轴其它功能电极43的极性为正，第一X轴敏感轴电极41a的极性为负。Y轴其它功能电极44为Y轴敏感轴电极，与第一Y轴敏感轴电极42a的极性相反，具体为Y轴其它功能电极44的极性为负，第一Y轴敏感轴电极42a的极性为正。

图7是本发明实施例提供的另一种微电子机械系统陀螺仪的部分结构原理图，如图7所示，在本实施例的另一种实现方式中，驱动质量块21上的两组驱动电极31分别沿Y轴方向对称布置在锚点结构22的两侧。其中第一驱动电极31a的极性为正，第二驱动电极31b的极性为负。两个Z轴检测质量块24分别沿X轴方向对称布置在锚点结构22的两侧。第一Z轴敏感电极45a和第二Z轴敏感电极45b分别沿X轴方向对称布置在锚点结构22的两侧。其中，第一Z轴敏感电极42a的极性为正，第二Z轴敏感电极42b的极性为负。第一X轴敏感轴电极41a和X轴其它功能电极43分别设置在两个Z轴检测质量块24下方。在本实施例中，X轴其它功能电极43为X轴敏感轴电极，与第一X轴敏感轴电极41a的极性相反，具体为X轴其它功能电极43的极性为正，第一X轴敏感轴电极41a的极性为负。Y轴其它功能电极44与第一Y轴敏感轴电极42a沿Y轴方向对称布置在锚点结构22的两侧。Y轴其它功能电极44为Y轴敏感轴电极，与第一Y轴敏感轴电极42a的极性相反，具体为Y轴其它功能电极44的极性为负，第一Y轴敏感轴电极42a的极性为正。

图6和图7所示的结构中，检测组件40中各个电极设置的方式不同、Z轴检测质量块的设置方式也不相同。按照图6所示的设置方式，Z轴检测质量块24采用非内嵌的方式设置在各个驱动质量块21上，在Z轴检测模态下，多个Z轴检测质量块24在科里奥利力作用下沿顺时针方向或逆时针方向在X-Y轴平面内平动。按照图7所示的设置方式，Z轴检测质量块24可以采用内嵌的方式设置在各个驱动质量块21上，在Z轴检测模态下，多个Z轴检测质量块24在科里奥利力作用下朝向微电子机械系统陀螺仪的中心轴做离心或向心运动。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

本发明实施例提供的一种微电子机械系统陀螺仪，通过在基底上设置全对称的四个驱动质量块结构，结构更紧凑。四个驱动质量块间由耦合弹簧连接，可以保证各驱动质量块的振动模态耦合。且在驱动模态下，相邻两个驱动质量块的驱动模态反相，在X轴、Y轴和Z轴三轴的检测模态均能实现反相振动，可以达到机械差分效果，有效减小外界振动和冲击等因素对陀螺性能的影响，提升抗振特性，从而提高陀螺仪的检测精度和稳定性。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (10)

1.一种微电子机械系统陀螺仪，其特征在于，包括：

基底；

质量块组，所述质量块组包括四个驱动质量块、锚点结构、耦合弹性梁和多个Z轴检测质量块，所述四个驱动质量块以中心对称的方式通过所述锚点结构悬挂于所述基底上，且所述四个驱动质量块之间通过所述耦合弹性梁连接；每个所述驱动质量块上均设有所述Z轴检测质量块，相邻两个所述驱动质量块上的所述Z轴检测质量块之间通过第一连接梁连接；

驱动组件，设置在所述驱动质量块上，用于驱动所述驱动质量块在X-Y轴平面内转动；

检测组件，设置在所述驱动质量块上，用于检测各个所述驱动质量块和各个所述Z轴检测质量块的位置变化，并将检测到的位置变化转换成电信号输出；

所述微电子机械系统陀螺仪具有驱动模态、X轴检测模态、Y轴检测模态和Z轴检测模态；在所述驱动模态下，相邻两个所述驱动质量块的驱动模态反相，在所述X轴检测模态和所述Y轴检测模态下，相邻两个所述驱动质量块的振动方向相反，在所述Z轴检测模态下，所述多个Z轴检测质量块在科里奥利力作用下沿顺时针方向或逆时针方向在所述X-Y轴平面内平动，或者所述多个Z轴检测质量块在所述科里奥利力作用下朝向所述微电子机械系统陀螺仪的中心轴做离心或向心运动；

其中，以所述基底的中心点为原点建立包含有X轴、Y轴、Z轴的三维空间坐标系，所述X轴、所述Y轴均与所述基底的端面相平行，所述Z轴与所述基底的端面相垂直。

2.根据权利要求1所述的微电子机械系统陀螺仪，其特征在于，所述质量块组包括第一驱动质量块、第二驱动质量块、第三驱动质量块和第四驱动质量块；

所述第一驱动质量块和所述第三驱动质量块关于X轴负方向轴对称布置，所述第二驱动质量块和所述第四驱动质量块关于X轴正方向轴对称布置；所述第一驱动质量块和所述第二驱动质量块关于Y轴正方向轴对称布置，所述第三驱动质量块和所述第四驱动质量块关于Y轴正方向轴对称布置；所述第一驱动质量块与所述第四驱动质量块中心对称布置；所述第三驱动质量块与所述第二驱动质量块中心对称布置。

3.根据权利要求2所述的微电子机械系统陀螺仪，其特征在于，所述第一驱动质量块和所述第二驱动质量块上的所述Z轴检测检测质量块通过所述第一连接梁连接，构成第一Z轴检测质量块；

所述第一驱动质量块和所述第三驱动质量块上的所述Z轴检测检测质量块通过所述第一连接梁连接，构成第二Z轴检测质量块；

所述第三驱动质量块和所述第四驱动质量块上的所述Z轴检测检测质量块通过所述第一连接梁连接，构成第三Z轴检测质量块；

所述第二驱动质量块和所述第四驱动质量块上的所述Z轴检测检测质量块通过所述第一连接梁连接，构成第四Z轴检测质量块；

所述第一Z轴检测质量块、所述第二Z轴检测质量块、所述第三Z轴检测质量块和所述第四Z轴检测质量块均呈H型布置。

4.根据权利要求3所述的微电子机械系统陀螺仪，其特征在于，在所述Z轴检测模态下，所述第一Z轴检测质量块和所述第三Z轴检测质量块在科里奥利力作用下沿顺时针方向在X-Y轴平面内平动，所述第二Z轴检测质量块和所述第四Z轴检测质量块在科里奥利力作用下沿逆时针方向在X-Y轴平面内平动。

5.根据权利要求2所述的微电子机械系统陀螺仪，其特征在于，所述检测组件包括设置在所述第一驱动质量块和所述第二驱动质量块上的第一X轴敏感轴电极、以及设置在所述第三驱动质量块和所述第四驱动质量块上的第二X轴敏感轴电极；

所述第一X轴敏感轴电极用于检测所述第一驱动质量块和所述第二驱动质量块在Z轴方向的位置变化，并将检测到的位置变化转换成电信号输出；

所述第二X轴敏感轴电极用于检测所述第三驱动质量块和所述第四驱动质量块在Z轴方向的位置变化，并将检测到的位置变化转换成电信号输出。

6.根据权利要求5所述的微电子机械系统陀螺仪，其特征在于，所述第一X轴敏感轴电极和所述第二X轴敏感轴电极的极性相反。

7.根据权利要求2所述的微电子机械系统陀螺仪，其特征在于，所述检测组件包括设置在所述第一驱动质量块和所述第三驱动质量块上的第一Y轴敏感轴电极、以及设置在所述第二驱动质量块和所述第四驱动质量块上的第二Y轴敏感轴电极；

所述第一Y轴敏感轴电极用于检测所述第一驱动质量块和所述第三驱动质量块在Z轴方向的位置变化，并将检测到的位置变化转换成电信号输出；

所述第二Y轴敏感轴电极用于检测所述第二驱动质量块和所述第四驱动质量块在Z轴方向的位置变化，并将检测到的位置变化转换成电信号输出。

8.根据权利要求7所述的微电子机械系统陀螺仪，其特征在于，所述第一Y轴敏感轴电极和所述第二Y轴敏感轴电极的极性相反。

9.根据权利要求1所述的微电子机械系统陀螺仪，其特征在于，所述检测组件包括Z轴敏感电极，每个所述驱动质量块上均设有与所述Z轴检测质量块一一对应的所述Z轴敏感电极，所述Z轴敏感电极与所述Z轴检测质量块构成可变间隙的电容结构，用于检测所述Z轴检测质量块运动而引起的电容变化，并将检测到的电容变化转换成电信号输出。

10.根据权利要求1所述的微电子机械系统陀螺仪，其特征在于，所述驱动组件包括两组驱动电极，每组所述驱动电极均包括两个极性相反的驱动电极。

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