CN117146789A - 一种用于检测角速度的装置、方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种用于检测角速度的装置、方法和系统，属于微机电系统MEMS传感器、惯性器件技术领域，以实现对多轴角速度的检测。该装置包括：第一检测单元、第二检测单元、第三检测单元、第四检测单元和弹性耦合单元。弹性耦合单元用于产生四波腹运动，当外界角速度输入装置时，检测单元能够在沿第三轴发生第一位移时输出第一信号，第一位移用于确定角速度的大小。本申请所揭示的装置，通过弹性耦合单元的四波腹运动，耦合四个检测单元实现平面内正交两个方向的线运动，能够实现多轴角速度的检测，同时四个检测单元两两中心对称分布，有助于提高集成度、灵敏度、水平双轴性能的一致性，降低交叉轴耦合误差。

Description

一种用于检测角速度的装置、方法和系统

技术领域

本申请涉及微机电系统(micro electro mechanical system，MEMS)传感器、惯性器件技术领域，并且更具体地，涉及一种用于检测角速度的装置、方法和系统。

背景技术

MEMS陀螺仪作为一种典型的微型惯性传感器，可以进行空间中的角速度或者角度的感知。由于其采用了微机械加工技术实现结构加工，从而具有体积小、成本低、功耗低等优点，在军民两用领域有着重要的应用价值，广泛应用于消费电子、医疗器械、汽车电子、矿山设备和港口设备等领域。

目前成熟商用的消费级、工业级MEMS陀螺仪产品中，多数多轴陀螺仪采用共享驱动结构，相对于拼接式(即由多个单轴陀螺仪组成，每个单轴陀螺仪均需要单独的驱动结构)的优势是集成度高、体积小、成本低。但是，一方面，多轴陀螺仪需要良好的机械耦合结构保证质量块的同步驱动，同时需要具有独立的检测模态和科氏力检测结构，因此需要良好的机械解耦结构降低交叉轴误差。另一方面，高性能的陀螺仪同样要求驱动模态、检测模态的机械运动需要具有高对称性来保证品质因数和结构稳定性，以实现低角速度随机游走、高零偏稳定性和低加速度敏感性等性能参数。当前已有的多轴陀螺仪结构中，上述要素往往难以同时实现，因此直接造成多轴陀螺仪难以实现高性能、或者轴间的性能差异较大。

因此，亟需一种用于检测角速度的装置、方法和系统，能够实现横滚、俯仰轴多轴角速度的检测，同时提高集成度、灵敏度、水平双轴的一致性，降低交叉轴耦合误差。

发明内容

本申请提供一种用于检测角速度的装置、方法和系统，能够实现横滚、俯仰轴角速度的检测，同时提高集成度、灵敏度、水平双轴的一致性，降低交叉轴耦合误差。

第一方面，提供了一种用于检测角速度的装置。该装置包括：第一检测单元、第二检测单元、第三检测单元、第四检测单元、弹性耦合单元。其中：弹性耦合单元用于产生四波腹运动，弹性耦合单元包括第一连接端、第二连接端、第三连接端和第四连接端，其中，第一连接端、第二连接端、第三连接端和第四连接端处于第一平面，第一检测单元，与第一连接端连接，第二检测单元，与第二连接端连接，第三检测单元，与第三连接端连接，第四检测单元，与第四连接端连接；其中，弹性耦合单元进行四波腹运动时，第一检测单元和第三检测单元能够沿第一轴进行反相线运动，第二检测单元和第四检测单元能够沿第二轴进行反相线运动，第一轴与第二轴正交；当外界角速度输入装置时，第一检测单元、第二检测单元、第三检测单元和第四检测单元中的至少一个能够在沿第三轴发生第一位移时输出第一信号，第三轴与第一平面垂直，第一信号用于指示第一位移的大小，第一位移用于确定角速度的大小。

本申请所揭示的装置，通过弹性耦合单元的四波腹运动，耦合四个检测单元实现平面内正交两个方向的线运动，能够实现横滚、俯仰轴角速度的检测，有助于提高集成度、灵敏度、水平双轴的一致性，降低交叉轴耦合误差。

应理解，上述第一轴和第二轴还可以是除y轴和x轴外的其他轴，只需要保证第一轴和第二轴正交即可，本申请对其不作限定。可选的，第三轴还可以是除z轴之外的其他轴，此时，第一平面可以是除x轴和y轴所在平面之外的其他平面，只需要保证第三轴与第一平面垂直即可，本申请对其不作限定。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，第一检测单元和第三检测单元关于弹性耦合单元中心对称配置，第二检测单元和第四检测单元关于弹性耦合单元中心对称配置。这样做，四个检测单元两两中心对称分布，有助于提高集成度、灵敏度、水平双轴的一致性，降低交叉轴耦合误差。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，上述装置还包括中心锚点和基底，弹性结构单元通过中心锚点与基底相连接。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，上述装置还包括中心支撑单元，中心支撑单元用于连接弹性耦合单元和中心锚点。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，第一检测单元包括第一质量块、第一铰链单元、第一解耦单元、第一支撑单元、第一锚点，第一质量块的第一端通过第一铰链单元、第一解耦单元与弹性耦合单元的第一节点相连接，第一铰链单元具有绕第二轴扭转的自由度，第一解耦单元具有绕第一轴扭转的自由度，第一质量块的第二端通过第一支撑单元和第一锚点与基底相连接，第一支撑单元具有绕第二轴扭转的自由度。第二检测单元包括第二质量块、第二铰链单元、第二解耦单元、第二支撑单元、第二锚点，第二质量块的第一端通过第二铰链单元、第二解耦单元与弹性耦合单元的第二节点相连接，第二铰链单元具有绕第一轴扭转的自由度，第二解耦单元具有绕第二轴扭转的自由度，第二质量块的第二端通过第二支撑单元和第二锚点与基底相连接，第二支撑单元具有绕第一轴扭转的自由度。第三检测单元包括第三质量块、第三铰链单元、第三解耦单元、第三支撑单元、第三锚点，第三质量块的第一端通过第三铰链单元、第三解耦单元与弹性耦合单元的第三节点相连接，第三铰链单元具有绕第二轴扭转的自由度，第三解耦单元具有绕第一轴扭转的自由度，第三质量块的第二端通过第三支撑单元和第三锚点与基底相连接，第三支撑单元具有绕第二轴扭转的自由度。第四检测单元包括第四质量块、第四铰链单元、第四解耦单元、第四支撑单元、第四锚点，第四质量块的第一端通过第四铰链单元、第四解耦单元与弹性耦合单元的第四节点相连接，第四铰链单元具有绕第一轴扭转的自由度，第四解耦单元具有绕第二轴扭转的自由度，第四质量块的第二端通过第四支撑单元和第四锚点与基底相连接，第四支撑单元具有绕第一轴扭转的自由度。

这样做，通过弹性耦合单元的连接以及铰链单元绕第一轴或第二轴的扭转自由度，实现第一轴、第二轴检测单元的差分扭转运动，能够实现横滚、俯仰轴角速度的检测，同时提高集成度、灵敏度、水平双轴的性能一致性。弹性耦合单元分别耦合第一轴、第二轴检测单元，分别实现第一轴、第二轴检测单元的质量块组的扭转运动具有良好的机械耦合。此外，四个解耦单元具有绕第一轴、第二轴的扭转自由度，能够实现第一轴、第二轴检测单元的扭转运动相互解耦，从而降低交叉轴耦合误差。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，第一检测单元包括第一驱动电容，第二检测单元包括第二驱动电容，第三检测单元包括第三驱动电容，第四检测单元包括第四驱动电容。第一驱动电容用于产生第一驱动力带动第一检测单元沿第一轴运动，第二驱动电容用于产生第二驱动力带动第二检测单元沿第二轴运动，第三驱动电容用于产生第三驱动力带动第一检测单元沿第一轴运动，第四驱动电容用于产生第四驱动力带动第二检测单元沿第二轴运动，其中，第一驱动力和第三驱动力反相，第二驱动力和第四驱动力反相，弹性耦合单元在第一检测单元、第二检测单元、第三检测单元和第四检测单元共同作用下，进行四波腹运动。这样做，四个检测单元上分别设置驱动电容，可以在第一轴正负方向以及第二轴正负方向上分别产生驱动力，在四个驱动力的共同作用下实现四个检测单元以及弹性耦合单元的四波腹运动，有助于提升驱动效率，减小功耗。

结合第一方面，在第一方面的另一些实现方式中，第一检测单元包括第一驱动电容，第三检测单元包括第三驱动电容。第一驱动电容用于产生第一驱动力带动第一检测单元沿第一轴运动，第三驱动电容用于产生第三驱动力带动第一检测单元沿第一轴运动，其中，第一驱动力和第三驱动力反相，第一检测单元和第三检测单元通过弹性耦合单元的四波腹运动，带动第二检测单元和第四检测单元沿第二轴进行反相线运动。或者，第二检测单元包括第二驱动电容，第四检测单元包括第四驱动电容。第二驱动电容用于产生第二驱动力带动第二检测单元沿第二轴运动，第四驱动电容用于产生第四驱动力带动第二检测单元沿第二轴运动，其中，第二驱动力和第四驱动力反相，第二检测单元和第四检测单元通过弹性耦合单元的四波腹运动，带动第一检测单元和第三检测单元沿第一轴进行反相线运动。这样做，只在两个检测单元上设置驱动电容，可以在第一轴正负方向或第二轴正负方向上分别产生驱动力，在两个驱动力的作用下实现四个检测单元以及弹性耦合单元的四波腹运动，有助于简化驱动电路，节约成本。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，上述装置还包括检测电极，检测电极与第一质量块和第三质量块中的至少一个组成横滚检测电容，横滚检测电容用于检测第一质量块或第三质量块沿第三轴的位移，并输出横滚电信号，横滚电信号用于指示装置在第二轴方向上的角速度；检测电极与第二质量块和第四质量块中的至少一个组成俯仰检测电容，俯仰检测电容用于检测第二质量块或第四质量块沿第三轴的位移，并输出俯仰电信号，俯仰电信号用于指示装置在第一轴方向上的角速度。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，当外界角速度输入上述装置时，弹性耦合单元进行四波腹运动，使得第一检测单元和第三检测单元绕第二轴反相翻转运动，第二检测单元和第四检测单元沿第一轴反相翻转运动。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，当外界角速度输入上述装置时，弹性耦合单元进行四波腹运动，使得第一检测单元和第三检测单元绕第一轴同相线运动，第二检测单元和第四检测单元沿第二轴同相线运动。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，上述弹性耦合单元包括以下一种结构：圆环、多圆环、方框、多方框、方板、椭圆环、多椭圆环、椭圆盘、菱形框、多菱形框、菱形盘。其中，这些结构均可以产生对称四波腹运动或者可以产生接近对称四波腹运动的结构，当弹性耦合单元式盘、板等装实体结构时，可以省去中心支撑单元，直接与中心锚点连接。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，上述装置还包括航向检测电容，航向检测电容包括固定航向检测电极和可动航向检测电极，可动航向检测电极与航向检测质量块相连接，航向检测质量块为第一质量块、第二质量块、第三质量块和第四质量块中的至少一个，航向检测电容用于检测航向检测质量块沿第三轴的位移，并输出航向电信号，航向电信号用于指示第三轴方向上的角速度。其中，航向检测质量块为第一质量块和第三质量块中的至少一个，与航向检测质量块相连接的支撑单元具有沿第一轴的弯曲自由度，与航向检测质量块相连接的解耦单元具有沿第二轴的弯曲自由度；或者，航向检测质量块为第二质量块和第四质量块中的至少一个，与航向检测质量块相连接的支撑单元具有沿第二轴的弯曲自由度，与航向检测质量块相连接的解耦单元具有沿第一轴的弯曲自由度。这样做，通过设置航向检测电容，可以实现第三轴角速度的检测。可选的，当装置中包括多个航向检测电容时，可以实现位移的差分检测。进一步地，当四个质量块上均设置有航向检测电容时，有助于提升装置的对称性以及检测的灵敏度。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，上述装置还包括驱动检测电容，驱动检测电容包括固定驱动检测电极和可动驱动检测电极，可动驱动检测电极与驱动检测质量块相连接，驱动检测质量块为第一质量块、第二质量块、第三质量块和第四质量块中的至少一个，驱动检测电容用于检测驱动检测质量块的位移，并输出驱动检测电信号，驱动检测电信号用于闭环反馈控制驱动模态的振动幅值、频率和相位。这样做，通过设置驱动检测电容输出驱动检测信号，能够实现装置的闭环控制。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，第一检测单元和第二检测单元关于弹性耦合单元的中心中心对称配置。这样做，有助于实现良好的交叉轴解耦，降低轴间耦合误差，同时提升测量的准确性。

第二方面，提供了一种用于检测角速度的系统。该系统包括：包括驱动检测电路、闭环控制电路、驱动电路以及如第一方面中任一项的装置，驱动检测电路用于对装置输出的驱动模态质量块位移电信号进行放大和移相处理，得到第一电信号，闭环控制电路对第一电信号进行计算处理，得到第二电信号，驱动电路根据第二电信号输出驱动信号，驱动信号用于驱动装置的弹性耦合单元进行四波腹运动，使得装置的第一质量块和第三质量块沿第一轴反相运动，装置的第二质量块和第四质量块沿第二轴反相运动。这样做，使得该系统可以实现闭环控制。

第三方面，提供了一种用于检测角速度的系统。该系统包括：横滚检测电路、俯仰检测电路和航行检测电路中的至少一个以及如权利要求1至15第一方面中任一项的装置，横滚检测电路用于对装置输出的横滚电信号进行处理得到第二轴角速度；俯仰检测电路用于对装置输出的俯仰电信号进行处理得到第一轴角速度；航向检测电路用于对装置输出的航向电信号进行处理得到第三轴角速度。

结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，上述横滚检测电路用于对装置输出的横滚电信号进行处理包括：横滚检测电路用于对装置输出的横滚电信号进行差分处理、放大处理和解调处理中的至少一种。

结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，上述俯仰检测电路用于对装置输出的俯仰电信号进行处理包括：俯仰检测电路用于对装置输出的俯仰电信号进行差分处理、放大处理和解调处理中的至少一种。

结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，上述航向检测电路用于对装置输出的航向电信号进行处理包括：航向检测电路用于对装置输出的航向电信号进行差分处理、放大处理和解调处理中的至少一种。

第四方面，提供了一种用于检测角速度的方法，该方法由上述第一方面中任一项的装置执行，该方法包括：当外界角速度输入装置时，第一检测单元、第二检测单元、第三检测单元和第四检测单元中的至少一个在沿第三轴发生第一位移时输出第一信号，第三轴与第一平面垂直，第一信号用于指示第一位移的大小，第一位移用于确定角速度的大小。其中，第一信号包括横滚电信号、俯仰电信号和航向电路信号中的至少一种。

附图说明

图1是本申请实施例提供的第一种用于检测角速度的装置的结构示意图。

图2是本申请实施例提供的第二种用于检测角速度的装置的结构示意图。

图3是本申请实施例提供的弹性耦合单元的结构示意图。

图4是本申请实施例提供的第三种用于检测角速度的装置的结构示意图。

图5是本申请实施例提供的用于检测角速度的装置的一例运动示意图。

图6是本申请实施例提供的用于检测角速度的装置的另一例运动示意图。

图7是本申请实施例提供的第四种用于检测角速度的装置的结构示意图。

图8是本申请实施例提供的第五种用于检测角速度的装置的结构示意图。

图9是本申请实施例提供的第一种用于检测角速度的系统的示意图。

图10是本申请实施例提供的第二种用于检测角速度的系统的示意图。

图11是本申请实施例提供的用于检测角速度的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。

MEMS陀螺仪作为一种典型的微型惯性传感器，可以进行空间中的角速度或者角度的感知。由于其采用了微机械加工技术实现结构加工，从而具有体积小、成本低、功耗低等优点，在军民两用领域有着重要的应用价值，广泛应用于消费电子、医疗器械、汽车电子、矿山设备和港口设备等领域。

MEMS陀螺仪利用科氏力(Coriolis force)的物理原理进行角速度的感知，在控制物体做直线运动的基础上，在该直线运动的正交轴方向的角速度输入，会在第三个正交轴方向产生科氏力。科里奥利力的公式为：F＝-2mΩ×v，其中，m为物体质量，v为物体的线速度，Ω是物体所受的旋转角速度。另外，F、v、Ω都是有方向的，公式中的“×”是向量叉乘，F、v、Ω三者两两垂直。因此，通过合理的方式检测出科氏力，即可得到角速度信息。

当前，MEMS陀螺仪的零偏稳定性可以做到小于1度/小时(degree per hour，dph)，性能媲美低端的光纤陀螺。MEMS陀螺仪的另一个优势在于可以单芯片集成多轴，因此组成的6轴惯性导航单元具有体积小的优势。目前成熟商用的消费级、工业级MEMS陀螺仪产品中，多数多轴陀螺仪采用共享驱动结构，相对于拼接式(即由多个单轴陀螺仪组成，每个单轴陀螺仪均需要单独的驱动结构)的优势是集成度高、体积小、成本低。但是，一方面，多轴陀螺仪需要良好的机械耦合结构保证质量块的同步驱动，同时需要具有独立的检测模态和科氏力检测结构，因此需要良好的机械解耦结构降低交叉轴误差。另一方面，高性能的陀螺仪同样要求驱动模态、检测模态的机械运动需要具有高对称性来保证品质因数和结构稳定性，以实现低角速度随机游走、高零偏稳定性和低加速度敏感性等性能参数。当前已有的多轴陀螺仪结构中，上述要素往往难以同时实现，因此直接造成多轴陀螺仪难以实现高性能、或者轴间的性能差异较大。

基于此，本申请提供了一种用于检测角速度的装置、方法和系统，以期望能够实现横滚、俯仰轴角速度的检测，同时提高集成度、灵敏度、水平双轴性能的一致性，降低交叉轴耦合误差。

图1是本申请实施例提供的第一种用于检测角速度的装置的结构示意图。如图2所述，装置200包括第一检测单元220、第二检测单元230、第三检测单元240、第四检测单元250和弹性耦合单元210。其中，弹性耦合单元210用于产生四波腹运动，弹性耦合单元210包括第一连接端211、第二连接端212、第三连接端213和第四连接端214。第一连接端211、第二连接端212、第三连接端213和第四连接端214处于第一平面(如图中x轴和y轴所在的平面)，第一检测单元220，与第一连接端211连接，第二检测单元230，与第二连接端212连接，第三检测单元240，与第三连接端213连接，第四检测单元250，与第四连接端214连接。其中，弹性耦合单元210进行四波腹运动时，第一检测单元220和第三检测单元240沿第一轴(如图中所示的y轴)进行反相线运动，第二检测单元230和第四检测单元250沿第二轴(如图中所示的x轴)进行反相线运动，第一轴与第二轴正交。当外界角速度输入装置200时，第一检测单元220、第二检测单元230、第三检测单元240和第四检测单元250中的至少一个能够在沿第三轴(如图中所示的z轴)发生第一位移时输出第一信号，第三轴与第一平面垂直，第一信号用于指示第一位移的大小，第一位移用于确定角速度的大小。

在本申请实施例中，四波腹运动是指弹性耦合单元的振形具有四个对称的波腹，其中两个波腹同时远离中心运动，另外两个波腹同时靠近中心运动，反相线运动是指第一检测单元220和第三检测单元240沿第一轴(如图中所示的y轴)同时远离中心或者同时靠近中心运动。

可选的，第一检测单元220和第三检测单元240关于弹性耦合单元210的中心对称配置，第二检测单元230和第四检测单元250关于弹性耦合单元210的中心对称配置。这样做，四个检测单元两两中心对称分布，有助于提高集成度、灵敏度、水平双轴的一致性，降低交叉轴耦合误差。

应理解，在本申请实施例中，第一轴和第二轴还可以是除y轴和x轴外的其他轴，只需要保证第一轴和第二轴正交即可，本申请对其不作限定。可选的，第三轴还可以是除z轴之外的其他轴，此时，第一平面可以是除x轴和y轴所在平面之外的其他平面，只需要保证第三轴与第一平面垂直即可，本申请对其不作限定。

还应理解，在本申请实施例中，上述第一信号可以是多个位移信号的总称，当第一检测单元220、第二检测单元230、第三检测单元240和第四检测单元250中多个在沿第三轴发生位移时，可以输出多个不同的第一信号，这些不同的第一信号均为可以确定位移大小的信号，且根据这些不同的第一信号确定的位移可以不同。

本申请所揭示的装置，通过弹性耦合单元的四波腹运动，耦合四个检测单元实现平面内正交两个方向的线运动，能够实现横滚、俯仰轴角速度的检测，有助于提高集成度、灵敏度、水平双轴性能的一致性，降低交叉轴耦合误差。

图2是本申请实施例提供的第二种用于检测角速度的装置的结构示意图。如图2所示，装置200示出了一例详细的用于检测角速度的装置。其中，装置200还包括中心锚点(6)和基底(9)，弹性耦合单元(4)通过中心锚点(6)与基底(9)相连接。装置200还可以包括中心支撑单元(5)，中心支撑单元(5)用于连接弹性耦合单元(4)和中心锚点(6)。其中，弹性耦合单元(4)的结构示意图可以如图3所示，弹性耦合单元(4)包括以下一种结构：圆环、多圆环、方框、多方框、方板、椭圆环、多椭圆环、椭圆盘、菱形框、多菱形框、菱形盘。其中，这些结构均可以产生对称四波腹谐振运动或者可以产生接近对称四波腹谐振运动的结构，当弹性耦合单元(4)是盘、板等装实体结构时，可以省去中心支撑单元(5)，直接与中心锚点(6)连接。

以第一检测单元为例，在装置200中，第一检测单元可以包括第一质量块(1)、第一铰链单元(2)、第一解耦单元(3)、第一支撑单元(5)、第一锚点(6)，第一质量块(1)的第一端通过第一铰链单元(2)、第一解耦单元(3)与弹性耦合单元(4)的第一节点相连接，第一铰链单元(2)具有绕第二轴(如图中所示的x轴)扭转的自由度，第一解耦单元具有绕第一轴(如图中所示的y轴)扭转的自由度，第一质量块(1)的第二端通过第一支撑单元(5)和第一锚点(6)与基底(9)相连接，第一支撑单元(5)具有绕第二轴扭转的自由度。类似的，第三检测单元可以包括第三质量块、第三铰链单元、第三解耦单元、第三支撑单元、第三锚点，第三质量块的第一端通过第三铰链单元、第三解耦单元与弹性耦合单元的第三节点相连接，第三铰链单元具有绕第二轴扭转的自由度，第三解耦单元具有绕第一轴扭转的自由度，第三质量块的第二端通过第三支撑单元和第三锚点与基底相连接，第三支撑单元具有绕第二轴扭转的自由度。其中，第一检测单元和第三检测单元的结构相同，第二检测单元和第四检测单元的结构相同，在此不再赘述。

可选的，装置300可以包括的锚点个数可以少于4个，例如，第一锚点、第二锚点、第三锚点、第四锚点可以是共用的锚点。

这样做，通过弹性耦合单元的连接以及铰链单元绕第一轴或第二轴的扭转自由度，实现第一轴、第二轴检测单元的差分扭转运动，能够实现横滚、俯仰轴角速度的检测，同时提高集成度、灵敏度、水平双轴性能的一致性。此外，四个解耦单元具有绕第一轴、第二轴的扭转自由度，能够实现第一轴、第二轴检测单元的扭转运动相互解耦，从而降低交叉轴耦合误差。

图4是本申请实施例提供的第三种用于检测角速度的装置的结构示意图。如图4所示，装置400示出了一例更为详细的用于检测角速度的装置。在装置400中，第一检测单元、第二检测单元、第三检测单元和第四检测单元关于弹性耦合单元中心对称配置。其中，弹性耦合单元(3)具有第一平面(如x轴和y轴所在的平面)内弯曲变形的自由度，其具有四波腹形变模态的结构，例如图4中所示的环形结构，可选的，还可以是图3中所示的其他结构，本申请对其不作限定。

第一质量块(5a)、第二质量块(5b)、第三质量块(5c)和第四质量块(5d)沿着环形结构的弹性耦合单元(3)的中心圆周分布。每个质量块靠近中心的一侧均通过铰接单元(即第一铰接单元(11a)、第二铰接单元(11b)、第三铰接单元(11c)和第四铰接单元(11d))和解耦单元(即第一解耦单元(12a)、第二解耦单元(12b)、第三解耦单元(12c)和第四解耦单元(12d))分别与弹性耦合单元(3)连接。其中，第一铰接单元(11a)和第三铰接单元(11c)具有绕第二轴(如x轴)扭转的自由度，同时沿着第一轴(如y轴)、第二轴(如x轴)方向具有较大的弯曲刚度；第二铰接单元(11b)和第四铰接单元(11d)具有绕第一轴(如y轴)扭转的自由度，同时沿着第一轴(如y轴)、第二轴(如x轴)方向具有较大的弯曲刚度。因此，铰接单元可以是双端与质量块连接的短梁，具有低扭转刚度，同时通过减小长度和增加厚度，提高弯曲刚度。

第一解耦单元(12a)和第三解耦单元(12c)具有绕第一轴(如y轴)的扭转自由度，沿第一轴具有大于第一阈值的刚度，可选的，该第一阈值可以是无限大，本申请对其不作限定；第二解耦单元(12b)和第四解耦单元(12d)具有绕第二轴(如x轴)的扭转自由度，沿第二轴具有大于第二阈值的刚度，可选的，该第二阈值可以是无限大，本申请对其不作限定。因此，解耦单元可以是细长梁结构，及其阵列或者折叠形式。

弹性耦合单元(3)的四个连接端分别与第一解耦单元(12a)、第二解耦单元(12b)、第三解耦单元(12c)和第四解耦单元(12d)的中部连接，第一解耦单元(12a)、第二解耦单元(12b)、第三解耦单元(12c)和第四解耦单元(12d)的另一端分别连接第一中心支撑单元(2a)、第二中心支撑单元(2b)、第三中心支撑单元(2c)和第四中心支撑单元(2d)。其中，第一中心支撑单元(2a)和第三中心支撑单元(2c)具有沿第一轴(如y轴)的弯曲自由度，同时具有绕第二轴(如x轴)的扭转自由度；第二中心支撑单元(2b)和第四中心支撑单元(2d)具有沿第二轴(如x轴)的弯曲自由度，同时具有绕第一轴(如y轴)的扭转自由度。第一中心支撑单元(2a)、第二中心支撑单元(2b)、第三中心支撑单元(2c)和第四中心支撑单元(2d)的另一端分别与中心锚点(1)相连接。因此，中心支撑单元可以是细长梁，及其阵列或者折叠形式。

每个质量块远离中心的一侧连接有支撑单元(即第一支撑单元(6a)、第二支撑单元(6b)、第三支撑单元(6c)和第四支撑单元(6d))。其中，第一支撑单元(6a)和第三支撑单元(6c)具有沿第一轴(如y轴)的弯曲自由度，绕第二轴(如x轴)的扭转自由度；第二支撑单元(6b)和第四支撑单元(6d)具有沿第二轴(如x轴)的弯曲自由度，绕第一轴(如y轴)的扭转自由度。因此，支撑单元可以是细长梁结构，及其阵列或者折叠形式。第一支撑单元(6a)、第二支撑单元(6b)、第三支撑单元(6c)和第四支撑单元(6d)的另一端分别与第一锚点(13a)、第二锚点(13b)、第三锚点(13c)和第四锚点(13d)相连接，第一锚点(13a)、第二锚点(13b)、第三锚点(13c)和第四锚点(13d)分别与基底(15)连接。

图5是本申请实施例提供的用于检测角速度的装置的一例运动示意图。如图5所示，在装置400中，当主动驱动弹性耦合单元(3)以四波腹形式进行谐振运动时，解耦单元、铰接单元带动质量块同步运动，使得第一质量块(5a)和第三质量块(5c)反相运动，即同步朝着靠近中心的方向、或者远离中心的方向运动。对应的，当第一质量块(5a)和第三质量块(5c)同步朝着靠近中心的方向运动时，第二质量块(5b)和第四质量块(5d)可以同步朝着靠近中心的方向运动，可选的，此时，第二质量块(5b)和第四质量块(5d)还可以同步朝着远离中心的方向运动。其中，第一支撑单元(6a)、第三支撑单元(6c)以及第一中心支撑单元(2a)、第三中心支撑单元(2c)提供沿第一轴方向(y轴方向)的平移自由度，限制了沿第二轴方向(x轴方向)的平移自由度；第二支撑单元(6b)、第四支撑单元(6d)以及第二中心支撑单元(2b)、第四中心支撑单元(2d)提供沿第二轴方向(如x轴方向)的平移自由度，限制了沿第一轴方向(如y轴方向)的平移自由度。四个质量块以四波腹形式进行谐振运动，单个弹性耦合结构创造了沿着第一轴方向、第二轴方向的线运动，实现装置400的驱动模态，从而使得装置400可以用于测量角速度，同时装置400具有如下优势：同一轴向的一组质量块实现反相、位移等比的线运动，正交轴的两组质量块实现同相、位移等比线运动，有利信号的差分处理和灵敏度提高。

图6是本申请实施例提供的用于检测角速度的装置的另一例运动示意图。如图6所示，在装置400中，驱动模态的四波腹运动形式产生沿着第一轴(如y轴)、第二轴(如x轴)的线速度，在有绕第一轴(如y轴)、第二轴(如x轴)的角速度输入时，会在第三轴(如z轴)方向上产生科氏力，进而使质量块产生垂直第一平面(x轴和y轴所在的平面)方向的运动。第二轴(如x轴)角速度输入时，沿着第一轴(如y轴)线运动的第一质量块(5a)和第三质量块(5c)，在第一支撑单元(6a)和第三支撑单元(6c)的扭转自由度下，使第一质量块(5a)和第三质量块(5c)实现绕第二轴(如x轴)方向的翻转运动。当第一质量块(5a)和第三质量块(5c)之间是反相的线运动，他们的翻转运动方向也是反相的；同理，尽管图中未示出，当第一质量块(5a)和第三质量块(5c)之间是同相的线运动，他们的翻转运动方向也是同相的。对应的，第一轴(y轴)角速度输入时，沿着第二轴(如x轴)线运动的第二质量块(5b)和第四质量块(5d)，在第二支撑单元(6b)和第四支撑单元(6d)的扭转自由度下，使第二质量块(5b)和第四质量块(5d)实现绕第一轴(如y轴)方向的翻转运动。其中，当四波腹运动为谐振运动时，该翻转运动也为谐振运动。

在本申请实施例中，一组质量块的反相翻转运动通过铰接单元、弹性耦合单元、中心支撑单元实现机械运动耦合，同时，通过解耦单元实现机械运动解耦。以第一质量块(5a)和第三质量块(5c)为例，在进行绕第二轴(如x轴)的反相翻转运动时，第一铰接单元(11a)和第三铰接单元(11c)分别受力扭转，同时带动弹性耦合单元(3)绕着第二解耦单元(12b)和第四解耦单元(12d)扭转，由此实现第一质量块(5a)和第三质量块(5c)的翻转运动同步，实现强机械耦合效果，实现高谐振品质因数，提高灵敏度，同时避免质量块间的频率裂解现象。同时，第二解耦单元(12b)和第四解耦单元(12d)的扭转自由度，使得第一质量块(5a)和第三质量块(5c)的翻转运动不会传递至第二质量块(5b)和第四质量块(5d)，从而实现机械解耦，降低交叉轴耦合误差。同理，第二质量块(5b)和第四质量块(5d)可以实现相同的翻转运动机械耦合以及交叉轴机械解耦特性。

作为一种可能的实现方式，提高弹性耦合单元(3)沿第三轴(z轴)方向的弯曲刚度，可以提高上述机械耦合和解耦的效果，该弯曲刚度可以趋于无穷大，本申请对其不作限定。

如图4中所示，第一质量块(5a)、第二质量块(5b)、第三质量块(5c)和第四质量块(5d)还分别连接有第一驱动电容(501a)、第二驱动电容(501b)、第三驱动电容(501c)和第四驱动电容(501d)。第一驱动电容(501a)和第三驱动电容(501c)能够提供沿着第一轴(如y轴)的驱动力，第二驱动电容(501b)和第四驱动电容(501d)能够提供沿着第二轴(如x轴)的驱动力，驱动四个质量块进行谐振运动。这样做，四个检测单元上分别设置驱动电容，可以在第一轴正负方向以及第二轴正负方向上分别产生驱动力，在四个驱动力的共同作用下实现四个检测单元以及弹性耦合单元的四波腹运动，有助于提升驱动效率。

作为一种可能的实现方式，还可以只在第一质量块(5a)和第三质量块(5c)上分别设置第一驱动电容(501a)和第三驱动电容(501c)，或者，只在第二质量块(5b)和第四质量块(5d)上分别设置第二驱动电容(501b)和第四驱动电容(501d)。以只在第一质量块(5a)和第三质量块(5c)上分别设置第一驱动电容(501a)和第三驱动电容(501c)为例，第一驱动电容(501a)和第三驱动电容(501c)分别产生沿正、负第一轴(如y轴)的驱动力带动质量块反相运动，通过弹性耦合单元(3)的四波腹形变，带动第二质量块(5b)和第四质量块(5d)分别沿着正、负第二轴(如x轴)反相运动。这样做，只在两个检测单元上设置驱动电容，可以在第一轴正负方向或第二轴正负方向上分别产生驱动力，在两个驱动力的作用下实现四个检测单元以及弹性耦合单元的四波腹运动，有助于简化驱动电路，节约成本。

在本申请实施例中，第一驱动电容(501a)、第二驱动电容(501b)、第三驱动电容(501c)和第四驱动电容(501d)的结构相同。以第一驱动电容(501a)为例，第一驱动电容(501a)包括固定驱动电极(7a)和可动驱动电极(8a)，其可以是平板电极或者梳齿电极形式，本申请对其不作限定。可动驱动电极(8a)与第一质量块(5a)连接；固定驱动电极(7a)与可动驱动电极(8a)形成电容间距，同时与基底(15)连接。可选的，固定驱动电极可(7a)以是差分形式，即沿着可动驱动电极(8a)两侧分布，形成差分驱动电容，这种方式有利于消除信号的共模误差，提高驱动力的稳定性。

如图4中所示，第一质量块(5a)、第二质量块(5b)、第三质量块(5c)和第四质量块(5d)还分别连接有第一驱动检测电容(502a)、第二驱动检测电容(502b)、第三驱动检测电容(502c)、第四驱动检测电容(502d)。这些驱动检测电容用于检测驱动检测质量块的位移，并输出驱动检测电信号，驱动检测电信号用于闭环反馈控制驱动模态的振动幅值、频率和相位。这样做，通过设置驱动检测电容输出驱动检测信号，能够实现装置的闭环控制。以第一驱动检测电容(502a)为例，第一驱动检测电容(502a)包括固定驱动检测电极(9a)和可动驱动检测电极(10a)，其可以是平板电极或者梳齿电极形式。可动驱动检测电极(10a)与第一质量块(5a)连接，固定驱动检测电极(9a)与可动驱动检测电极(10a)形成电容间距，同时与基底(15)连接。固定驱动检测电极(9a)可以是差分形式，形成差分驱动检测电容。这样做，可以提升检测的准确性。可选的，还可以只在第一质量块(5a)、第二质量块(5b)、第三质量块(5c)和第四质量块(5d)中的一个质量块或多个质量块上连接有驱动检测电容，从而完成对装置的控制，这样做，有利于简化装置，节约成本。

如图4中所示，装置500中还包括检测电极，检测电极均位于基底(15)上，如第一检测电极(14a)、第二检测电极(14b)、第三检测电极(14c)和第四检测电极(14d)。第一检测电极(14a)和第三检测电极(14c)分别与第一质量块(5a)和第三质量块(5c)形成独立的横滚检测电容，用于检测第一质量块(5a)或第三质量块(5c)沿第三轴(z轴)的位移，并输出横滚电信号，横滚电信号用于指示装置在第二轴(x轴)方向上的角速度；第二检测电极(14b)和第四检测电极(14d)分别与第二质量块(5b)和第四质量块(5d)形成独立的俯仰检测电容，用于检测第二质量块(5b)或第四质量块(5d)沿第三轴(z轴)的位移，并输出俯仰电信号，俯仰电信号用于指示装置在第一轴(y轴)方向上的角速度。这样，由于一组质量块进行反相运动，检测电极可以与一组质量块分别形成独立电容，作为差分检测电容，提高灵敏度的同时可以降低共模噪声。可选的，还可以只设置单个检测电极与质量块形成检测电容，例如，只设置第一检测电极(14a)或者第三检测电极(14c)，与第一质量块(5a)或者第三质量块(5c)形成独立的横滚检测电容，从而完成对角速度的检测，这样做，可以简化装置，节约成本，对应的，检测精度可能有所降低。

图7是本申请实施例提供的第四种用于检测角速度的装置的结构示意图。如图8所示，在基底(15)上设置检测电极的同时还可以在盖板(16)上设置检测电极。此时，设置于基底(15)上的检测电极与一个或多个质量块形成下检测电容，设置于盖板(16)上的检测电极与一个或多个质量块形成上检测电容，在质量块进行翻转运动时，上检测电容与下检测电容构成上下差分检测电容。这样做，可以实现双差分检测电容，进一步提高灵敏度，同时降低共模噪声。

在本申请实施例中，装置400可以实现水平双轴角速度的检测，工作时，驱动电容驱动质量块以四波腹形式振荡，当第二轴(x轴)角速度输入时，第一质量块(5a)和第三质量块(5c)反相翻转振荡，第一检测电极(14a)和第三检测电极(14c)分别输出横滚电信号，用于确定第二轴(x轴)角速度。第一轴(y轴)角速度输入，第二质量块(5b)和第四质量块(5d)反相翻转振荡，第二检测电极(14b)和第四检测电极(14d)分别输出俯仰电信号，用于确定第一轴(y轴)角速度。这样做，装置整体结构具有中心全对称特点，四波腹驱动模态、质量块反相翻转检测模态的运动模式也全对称，有利提高抗同相运动模式，降低加速度敏感性、提高抗线振动、角振动等环境干扰。第一轴、第二轴的全对称，有利实现其性能的一致性，包括灵敏度、非线性、零偏稳定性以及温度稳定性等参数。

图8是本申请实施例提供的第五种用于检测角速度的装置的结构示意图。上述装置400可以实现第一轴、第二轴的角速度检测，如图8所示，当装置400进一步包括航向检测电容(如第一航向检测电容(503a)、第二航向检测电容(503b)、第三航向检测电容(503c)和第四航向检测电容(503d))时，可以实现对第三轴的角速度检测。

以第一航向检测电容(503a)为例，第一航向检测电容(503a)包括固定航向检测电极(17a)和可动航向检测电极(18a)，其可以是平板电极或者梳齿电极形式。可动航向检测电极(18a)与第一质量块(5a)连接。此时，第一支撑单元(6a)和第三支撑单元(6c)具有沿第一轴(y轴)的弯曲自由度，沿第二轴(x轴)方向是支撑单元的轴向，刚度远远大于沿第一轴(y轴)的弯曲自由度；第二支撑单元(6b)和第四支撑单元(6d)具有沿第二轴(x轴)的弯曲自由度，沿第一轴(y轴)方向是支撑单元的轴向，刚度远远大于沿第二轴(x轴)的弯曲自由度。第一解耦单元(12a)和第三解耦单元(12c)具有沿第二轴(x轴)的弯曲自由度，第二解耦单元(12b)和第四解耦单元(12d)具有沿第一轴(y轴)方向的弯曲自由度。因此，综合支撑单元与解耦单元的设置，四质量块分别具有绕第三轴(z轴)扭转的自由度。第一质量块(5a)、第二质量块(5b)、第三质量块(5c)和第四质量块(5d)以四波腹模态进行振荡，第一质量块(5a)和第三质量块(5c)沿着第一轴(y轴)方向线运动，外部输入绕第三轴(z轴)的角速度在第一质量块(5a)和第三质量块(5c)上分别产生沿第二轴(x轴)、反向的科氏力，分别带动质量块反相扭转；第二质量块(5b)和第四质量块(5d)沿着第二轴(x轴)方向线运动，外部输入绕第三轴(z轴)的角速度在第二质量块(5b)和第四质量块(5d)上分别产生沿第一轴(y轴)、反向的科氏力，分别带动质量块反相扭转。此时，检测电极(17a～d)分别输出航向电信号，用于确定第三轴(z轴)角速度。

可选的，当四波腹为谐振运动时，该扭转运动也为谐振运动。

可选的，航向检测电容可以分布在质量块的两侧，构成航向差分检测电容。第三轴(z轴)角速度输入产生的绕第三轴(z轴)的扭转运动，在质量块的两侧分别是反相的位移，航向检测电容可以实现位移的差分检测。四质量块至少一个质量块上有航向检测电容，当四个质量块均设置有航向检测电容时，可以提高陀螺仪结构的对称性，以及提高灵敏度。

图9是本申请实施例提供的第一种用于检测角速度的系统的示意图。如图9所示，系统900包括驱动检测电路1020、闭环控制电路1030、驱动电路1040以及用于检测角速度的装置1010，其可以是上述装置100、装置200、装置400和装置800中的一个。装置1010中的驱动检测电容输出的质量块位移信号，驱动检测电路1020用于对装置1010输出的质量块位移信号进行放大和移相处理，得到第一电信号。闭环控制电路1030对第一电信号进行计算处理，得到第二电信号，驱动电路1040根据第二电信号输出驱动信号，该驱动信号输出相位和频率可控，可以用于驱动装置1010的弹性耦合单元进行四波腹运动，使得装置1010的第一质量块和第三质量块沿第一轴反相运动，装置的第二质量块和第四质量块沿第二轴反相运动。这样做，使得该系统可以实现质量块运动的闭环控制。

图10是本申请实施例提供的第二种用于检测角速度的系统的示意图。如图10所示，系统1000包括横滚检测电路1050、俯仰检测电路1060和航行检测电路1070中的至少一个以及用于检测角速度的装置1010，其可以是上述装置100、装置200、装置400和装置800中的一个。横滚检测电路1050用于对装置1010输出的横滚电信号进行处理得到第二轴角速度；俯仰检测电路1060用于对装置1010输出的俯仰电信号进行处理得到第一轴角速度；航向检测电路1070用于对装置1010输出的航向电信号进行处理得到第三轴角速度。

可选的，上述横滚检测电路1050对装置1010输出的横滚电信号进行处理包括：横滚检测电路1050对装置1010输出的横滚电信号进行差分处理、放大处理和解调处理中的至少一种。俯仰检测电路1060对俯仰电信号进行处理，以及航向检测电路1070对航向电信号进行处理可以参照横滚检测电路1050对横滚电信号进行处理的方式，在此不再赘述。

图11是本申请实施例提供的用于检测角速度的方法的流程示意图。该方法可由上述装置100、装置200、装置400和装置800中的一个执行。

S1110，第一检测单元、第二检测单元、第三检测单元和第四检测单元中的至少一个在沿第三轴发生第一位移时输出第一信号，第三轴与第一平面垂直，第一信号用于指示第一位移的大小，第一位移用于确定角速度的大小。其中，第一信号包括横滚电信号、俯仰电信号和航向电路信号中的至少一种。

S1120，横滚检测电路用于对装置输出的横滚电信号进行处理得到第二轴角速度；俯仰检测电路用于对装置输出的俯仰电信号进行处理得到第一轴角速度；航向检测电路用于对装置输出的航向电信号进行处理得到第三轴角速度。

本申请所揭示的方法，能够实现横滚、俯仰轴角速度的检测，同时提高集成度、灵敏度、水平双轴的一致性，降低交叉轴耦合误差。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (20)

1.一种用于检测角速度的装置，其特征在于，包括第一检测单元、第二检测单元、第三检测单元、第四检测单元和弹性耦合单元，其中：

所述弹性耦合单元用于产生四波腹运动，包括第一连接端、第二连接端、第三连接端和第四连接端，其中，所述第一连接端、所述第二连接端、所述第三连接端和所述第四连接端处于第一平面，所述第一检测单元与所述第一连接端连接，所述第二检测单元与所述第二连接端连接，所述第三检测单元与所述第三连接端连接，所述第四检测单元与所述第四连接端连接；

所述弹性耦合单元进行四波腹运动时，所述第一检测单元和所述第三检测单元沿第一轴进行反相线运动，所述第二检测单元和所述第四检测单元沿第二轴进行反相线运动，所述第一轴与所述第二轴正交；

当外界角速度输入所述装置时，所述第一检测单元、所述第二检测单元、所述第三检测单元和所述第四检测单元中的至少一个在沿第三轴发生第一位移时输出第一信号，所述第三轴与所述第一平面垂直，所述第一信号用于指示所述第一位移的大小，所述第一位移用于确定所述角速度的大小。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一检测单元和所述第三检测单元关于所述弹性耦合单元中心对称配置，所述第二检测单元和所述第四检测单元关于弹性耦合单元中心对称配置。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括中心锚点和基底，所述弹性结构单元通过所述中心锚点与所述基底相连接。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括中心支撑单元，所述中心支撑单元用于连接所述弹性耦合单元和所述中心锚点。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一检测单元包括第一质量块、第一铰链单元、第一解耦单元、第一支撑单元、第一锚点，所述第一质量块的第一端通过所述第一铰链单元、所述第一解耦单元与所述弹性耦合单元的第一节点相连接，所述第一铰链单元具有绕第二轴扭转的自由度，所述第一解耦单元具有绕第一轴扭转的自由度，所述第一质量块的第二端通过所述第一支撑单元和所述第一锚点与所述基底相连接，所述第一支撑单元具有绕所述第二轴扭转的自由度，

所述第二检测单元包括第二质量块、第二铰链单元、第二解耦单元、第二支撑单元、第二锚点，所述第二质量块的第一端通过所述第二铰链单元、所述第二解耦单元与所述弹性耦合单元的第二节点相连接，所述第二铰链单元具有绕所述第一轴扭转的自由度，所述第二解耦单元具有绕所述第二轴扭转的自由度，所述第二质量块的第二端通过所述第二支撑单元和所述第二锚点与所述基底相连接，所述第二支撑单元具有绕所述第一轴扭转的自由度，

所述第三检测单元包括第三质量块、第三铰链单元、第三解耦单元、第三支撑单元、第三锚点，所述第三质量块的第一端通过所述第三铰链单元、所述第三解耦单元与所述弹性耦合单元的第三节点相连接，所述第三铰链单元具有绕所述第二轴扭转的自由度，所述第三解耦单元具有绕所述第一轴扭转的自由度，所述第三质量块的第二端通过所述第三支撑单元和所述第三锚点与所述基底相连接，所述第三支撑单元具有绕所述第二轴扭转的自由度，

所述第四检测单元包括第四质量块、第四铰链单元、第四解耦单元、第四支撑单元、第四锚点，所述第四质量块的第一端通过所述第四铰链单元、所述第四解耦单元与所述弹性耦合单元的第四节点相连接，所述第四铰链单元具有绕所述第一轴扭转的自由度，所述第四解耦单元具有绕所述第二轴扭转的自由度，所述第四质量块的第二端通过所述第四支撑单元和所述第四锚点与所述基底相连接，所述第四支撑单元具有绕所述第一轴扭转的自由度。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一检测单元包括第一驱动电容，所述第二检测单元包括第二驱动电容，所述第三检测单元包括第三驱动电容，所述第四检测单元包括第四驱动电容，

所述第一驱动电容用于产生第一驱动力带动所述第一检测单元沿第一轴运动，

所述第二驱动电容用于产生第二驱动力带动所述第二检测单元沿第二轴运动，

所述第三驱动电容用于产生第三驱动力带动所述第一检测单元沿第一轴运动，

所述第四驱动电容用于产生第四驱动力带动所述第二检测单元沿第二轴运动，

其中，所述第一驱动力和所述第三驱动力反相，所述第二驱动力和所述第四驱动力反相，

所述弹性耦合单元在所述第一检测单元、所述第二检测单元、所述第三检测单元和所述第四检测单元共同作用下，进行四波腹运动。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一检测单元包括第一驱动电容，所述第三检测单元包括第三驱动电容，

所述第一驱动电容用于产生第一驱动力带动所述第一检测单元沿第一轴运动，

所述第三驱动电容用于产生第三驱动力带动所述第一检测单元沿第一轴运动，

其中，所述第一驱动力和所述第三驱动力反相，

所述第一检测单元和所述第三检测单元通过所述弹性耦合单元的四波腹运动，带动所述第二检测单元和所述第四检测单元沿第二轴进行反相线运动。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述第二检测单元包括第二驱动电容，所述第四检测单元包括第四驱动电容，

所述第二驱动电容用于产生第二驱动力带动所述第二检测单元沿第二轴运动，

所述第四驱动电容用于产生第四驱动力带动所述第二检测单元沿第二轴运动，

其中，所述第二驱动力和所述第四驱动力反相，

所述第二检测单元和所述第四检测单元通过所述弹性耦合单元的四波腹运动，带动所述第一检测单元和所述第三检测单元沿第一轴进行反相线运动。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括检测电极，

所述检测电极与所述第一质量块和所述第三质量块中的至少一个组成横滚检测电容，所述横滚检测电容用于检测所述第一质量块或所述第三质量块沿第三轴的位移，并输出横滚电信号，所述横滚电信号用于指示所述装置在所述第二轴方向上的角速度；

所述检测电极与所述第二质量块和所述第四质量块中的至少一个组成俯仰检测电容，所述俯仰检测电容用于检测所述第二质量块或所述第四质量块沿第三轴的位移，并输出俯仰电信号，所述俯仰电信号用于指示所述装置在所述第一轴方向上的角速度。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其特征在于，当外界角速度输入所述装置时，所述弹性耦合单元进行四波腹运动，使得所述第一检测单元和所述第三检测单元绕所述第二轴反相翻转运动，所述第二检测单元和所述第四检测单元沿所述第一轴反相翻转运动。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其特征在于，当外界角速度输入所述装置时，所述弹性耦合单元进行四波腹运动，使得所述第一检测单元和所述第三检测单元绕所述第一轴同相线运动，所述第二检测单元和所述第四检测单元沿所述第二轴同相线运动。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的装置，其特征在于，所述弹性耦合单元包括以下一种结构：

圆环、多圆环、方框、多方框、方板、椭圆环、多椭圆环、椭圆盘、菱形框、多菱形框、菱形盘。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括航向检测电容，所述航向检测电容包括固定航向检测电极和可动航向检测电极，所述可动航向检测电极与航向检测质量块相连接，所述航向检测质量块为所述第一质量块、所述第二质量块、所述第三质量块和所述第四质量块中的至少一个，

所述航向检测电容用于检测所述航向检测质量块沿第三轴的位移，并输出航向电信号，所述航向电信号用于指示所述第三轴方向上的角速度。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述航向检测质量块为所述第一质量块和所述第三质量块中的至少一个，与所述航向检测质量块相连接的支撑单元具有沿所述第一轴的弯曲自由度，与所述航向检测质量块相连接的解耦单元具有沿所述第二轴的弯曲自由度；或者，

所述航向检测质量块为所述第二质量块和所述第四质量块中的至少一个，与所述航向检测质量块相连接的支撑单元具有沿所述第二轴的弯曲自由度，与所述航向检测质量块相连接的解耦单元具有沿所述第一轴的弯曲自由度。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括驱动检测电容，所述驱动检测电容包括固定驱动检测电极和可动驱动检测电极，所述可动驱动检测电极与驱动检测质量块相连接，所述驱动检测质量块为所述第一质量块、所述第二质量块、所述第三质量块和所述第四质量块中的至少一个，

所述驱动检测电容用于检测所述驱动检测质量块的位移，并输出驱动检测电信号，所述驱动检测电信号用于闭环反馈控制所述驱动模态的振动幅值、频率和相位。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一检测单元和所述第二检测单元关于所述弹性耦合单元中心对称配置。

17.一种用于检测角速度的系统，其特征在于，包括驱动检测电路、闭环控制电路、驱动电路以及如权利要求1至16中任一项所述的装置，

所述驱动检测电路用于对所述装置输出的驱动模态的质量块位移信号进行放大和移相处理，得到第一电信号，

所述闭环控制电路对所述第一电信号进行计算处理，得到第二电信号，

所述驱动电路根据所述第二电信号输出驱动信号，所述驱动信号用于驱动所述装置的弹性耦合单元进行四波腹运动，使得所述装置的第一质量块和第三质量块沿所述第一轴反相运动，所述装置的第二质量块和第四质量块沿所述第二轴反相运动。

18.一种用于检测角速度的系统，其特征在于，包括横滚检测电路、俯仰检测电路和航行检测电路中的至少一个以及如权利要求1至16中任一项所述的装置，

所述横滚检测电路用于对所述装置输出的横滚电信号进行处理得到所述第二轴角速度；

所述俯仰检测电路用于对所述装置输出的俯仰电信号进行处理得到所述第一轴角速度；

所述航向检测电路用于对所述装置输出的航向电信号进行处理得到所述第三轴角速度。

19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述横滚检测电路用于对所述装置输出的横滚电信号进行处理，包括：

所述横滚检测电路用于对所述装置输出的横滚电信号进行差分处理、放大处理和解调处理中的至少一种。

20.一种用于检测角速度的方法，其特征在于，所述方法由用于检测角速度的装置执行，所述装置包括第一检测单元、第二检测单元、第三检测单元、第四检测单元和弹性耦合单元，所述弹性耦合单元用于产生四波腹运动，所述弹性耦合单元包括第一连接端、第二连接端、第三连接端和第四连接端，其中，所述第一连接端，所述第二连接端，所述第三连接端和所述第四连接端处于第一平面，所述第一检测单元与所述第一连接端连接，所述第二检测单元与所述第二连接端连接，所述第三检测单元与所述第三连接端连接，所述第四检测单元与所述第四连接端连接，其中，所述弹性耦合单元进行四波腹运动时，所述第一检测单元和所述第三检测单元沿第一轴进行反相线运动，所述第二检测单元和所述第四检测单元沿第二轴进行反相线运动，所述第一轴与所述第二轴正交，所述方法包括：

当外界角速度输入所述装置时，所述第一检测单元、所述第二检测单元、所述第三检测单元和所述第四检测单元中的至少一个在沿第三轴发生第一位移时输出第一信号，所述第三轴与所述第一平面垂直，所述第一信号用于指示所述第一位移的大小，所述第一位移用于确定所述角速度的大小。