CN117490673A - 一种抑制交叉轴耦合的三轴mems陀螺仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及三轴陀螺仪技术领域，公开一种抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪,包括驱动结构、第一方向检测结构、第二方向检测结构及第三方向检测结构，驱动结构包括驱动电极和驱动连接框，第一方向检测结构包括第一连接弹性件和第一质量块，第二方向检测结构包括第一过渡框和第二质量块，第三方向检测结构包括第二过渡框、第三质量块及第三方向检测电极；第一质量块和与其正对的衬底形成的第一方向检测电极用于检测第一方向的角速度，第二质量块和与其正对的衬底形成的第二方向检测电极用于检测第二方向的角速度，第三方向检测电极用于检测第三方向的角速度。本发明公开的三轴MEMS陀螺仪体积小、精度高，抑制了检测轴之间的交叉耦合。

Description

一种抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪

技术领域

本发明涉及三轴陀螺仪技术领域，尤其涉及一种抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪。

背景技术

目前市场上常见的三轴陀螺仪大多是将三个用于检测三个方向的单轴陀螺仪并排布置，这种结构的三轴陀螺仪体积大，不利于整体结构的小型化设置。虽然市场上也有一体式的三轴陀螺仪，但是受自身结构的限制，测量不同方向的角速度时存在交叉轴耦合的问题，降低了测量的准确度，不利于各个方向角速度的检测。

发明内容

基于以上所述，本发明的目的在于提供一种抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪，不仅解决了采用三个单轴陀螺仪分别检测三个方向的角速度时存在的体积大的问题，还解决了现有的一体式三轴陀螺仪在测量不同方向的角速度时存在的交叉影响的问题，提高了测量的准确度。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪，限定互相垂直的第一方向、第二方向及第三方向，所述抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪包括驱动结构、第一方向检测结构、第二方向检测结构及第三方向检测结构，所述驱动结构包括驱动电极和驱动连接框，所述驱动电极能够驱动所述驱动连接框沿第一方向往复运动，所述第一方向检测结构包括相连的第一连接弹性件和第一质量块，所述第二方向检测结构包括相连的第一过渡框和第二质量块，所述第三方向检测结构包括相连的第二过渡框和第三质量块，所述第三质量块上设有第三方向检测电极，所述驱动连接框分别与所述第一连接弹性件、所述第一过渡框和所述第二过渡框相连；

所述驱动电极驱动所述驱动连接框沿第一方向往复运动时，所述驱动连接框能够带动所述第一过渡框和所述第二过渡框沿所述第一方向往复运动，还能够通过所述第一连接弹性件带动所述第一质量块沿第二方向往复运动，所述第一质量块和与其正对的衬底形成的第一方向检测电极用于检测沿所述第一方向的角速度，所述第二质量块和与其正对的衬底形成的第二方向检测电极用于检测沿所述第二方向的角速度，所述第三方向检测电极用于检测沿所述第三方向的角速度。

作为一种抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪的优选方案，所述第一质量块的个数为两个，两个所述第一质量块沿所述第一方向通过中心锚接组件相连，所述中心锚接组件包括中心连接框、第一连接梁及中心锚点，所述第一连接梁固定在所述中心锚点上且两者均位于所述中心连接框内部，所述中心连接框分别与两个所述质量块和所述第一连接梁相连。

作为一种抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪的优选方案，所述驱动结构的个数为两个，两个所述驱动结构沿所述第二方向分布，两个所述驱动结构的所述驱动连接框能够沿反方向往复运动，所述第二方向检测结构、所述第一方向检测结构及所述第三方向检测结构沿所述第一方向依次分布，且均位于两个所述驱动结构之间。

作为一种抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪的优选方案，所述第二质量块和所述第一过渡框的个数均为两个，两个所述第二质量块和两个所述第一过渡框一一对应设置，每个所述第二质量块均通过第二连接弹性件和第三连接弹性件与一个所述第一过渡框相连，所述第二连接弹性件和所述第三连接弹性件能够沿所述第二方向伸缩，两个所述第二质量块之间通过第二连接梁相连，所述第一过渡框通过第一中间弹性件与衬底上的第二锚接块固定连接，所述第一中间弹性件能够沿所述第一方向伸缩。

作为一种抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪的优选方案，所述第一过渡框包括第一横框和两个分别位于所述第一横框两端的第一弯钩部，每个所述第二质量块上均设有沿所述第一方向延伸的两个第一安装槽，所述第一弯钩部和所述第二连接梁的一端均伸入所述第一安装槽内，且所述第二连接梁与所述第二质量块相连，两个所述第一安装槽和两个所述第一弯钩部一一对应，所述第一安装槽内设有所述第二连接弹性件，所述第一弯钩部和所述第二质量块之间通过所述第二连接弹性件连接，所述第二质量块和所述第一横框之间通过所述第三连接弹性件连接。

作为一种抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪的优选方案，所述第三质量块和所述第二过渡框的个数为两个，两个所述第三质量块和两个所述第二过渡框一一对应设置，每个所述第三质量块均通过第四连接弹性件和第五连接弹性件与一个所述第二过渡框相连，所述第四连接弹性件和所述第五连接弹性件均能够沿所述第二方向伸缩，两个所述第三质量块之间通过第三连接梁相连，所述第二过渡框通过第二中间弹性件与所述衬底上的第三锚接块固定连接，所述第二中间弹性件能够沿所述第一方向伸缩。

作为一种抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪的优选方案，所述第二过渡框包括第二横框和两个分别位于所述第二横框两端的第二弯钩部，每个所述第三质量块上均设有沿所述第一方向延伸的两个第二安装槽，所述第二弯钩部和所述第三连接梁的一端均伸入所述第二安装槽内，且所述第三连接梁与所述第三质量块相连，两个所述第二安装槽和两个所述第二弯钩部一一对应，所述第二安装槽内设有所述第四连接弹性件，所述第二弯钩部和所述第三质量块之间通过所述第四连接弹性件连接，所述第三质量块和所述第二横框之间通过所述第五连接弹性件连接。

作为一种抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪的优选方案，所述第二连接弹性件、所述第三连接弹性件、所述第四连接弹性件及第五连接弹性件均为U型梁，所述第二连接弹性件的弯曲刚度大于或者小于所述第四连接弹性件的弯曲刚度时，所述第三连接弹性件的弯曲刚度大于、小于或者等于所述第五连接弹性件的弯曲刚度；所述第二连接弹性件的弯曲刚度等于所述第四连接弹性件的弯曲刚度时，所述第三连接弹性件的弯曲刚度大于或者小于所述第五连接弹性件的弯曲刚度。

作为一种抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪的优选方案，所述第二连接梁为第一E型连接梁，所述第一E型连接梁包括第一横梁、第二横梁、第三横梁及一个第一竖梁，所述第一横梁、所述第二横梁及所述第三横梁沿所述第二方向依次分布，所述第一竖梁与所述第一横梁、所述第二横梁及所述第三横梁的同一端相连，所述第一横梁的另一端与一个所述第二质量块相连，所述第三横梁的另一端与另一个所述第二质量块相连，所述抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪还包括与所述第二横梁的另一端相连的第一锚点，所述第一锚点位于两个所述第二质量块之间。

作为一种抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪的优选方案，所述第三连接梁为第二E型连接梁，所述第二E型连接梁包括第四横梁、第五横梁、第六横梁及一个第二竖梁，所述第五横梁的扭转刚度大于或者小于所述第二横梁的扭转刚度，所述第四横梁、所述第五横梁及所述第六横梁沿所述第二方向依次分布，所述第二竖梁与所述第四横梁、所述第五横梁及所述第六横梁的同一端相连，所述第四横梁的另一端与一个所述第三质量块相连，所述第六横梁的另一端与另一个所述第三质量块相连，所述抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪还包括与所述第五横梁的另一端相连的第二锚点，所述第二锚点位于两个所述第三质量块之间。

本发明的有益效果为：本发明公开的抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪，分别采用第一方向检测结构、第二方向检测结构及第三方向检测结构检测第一方向、第二方向及第三方向的角速度，与现有的三轴陀螺仪相比，抑制了三个检测轴之间的交叉耦合，提高了测量的准确度，实现了单独检测三个方向的角速度的功能，若是不设置第一过渡框和第二过渡框，驱动连接框能够带动第二质量块和第三质量块沿第一方向运动并沿第三方向转动，增设的第一过渡框能够减小第二质量块沿第一方向运动时的转动幅度，增设的第二过渡框能够减小第三质量块沿第一方向运动时的转动幅度，使得该抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪的驱动运动更加平缓，此外，与现有的三个单轴陀螺仪组装的结构相比，驱动结构采用单路驱动，驱动电路更简单，有利于缩小集成电路芯片的体积、减少集成电路芯片的数量，利于整体结构的小型化设置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施例提供的抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪的示意图；

图2是本发明具体实施例提供的抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪的第二方向检测结构的示意图；

图3是本发明具体实施例提供的抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪的第三方向检测结构的示意图；

图4是本发明具体实施例提供的抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪的中心锚接组件的示意图；

图5是本发明具体实施例提供的抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪在驱动状态下的示意图；

图6是本发明具体实施例提供的抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪在检测第一方向的角速度时的示意图；

图7是本发明具体实施例提供的抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪在检测第二方向的角速度时的示意图；

图8是本发明具体实施例提供的抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪在检测第三方向的角速度时的示意图。

图中：

1、驱动结构；111、驱动正电极；112、驱动负电极；12、驱动连接框；131、驱动检测正电极；132、驱动检测负电极；14、驱动连接梁；15、第一锚接块；16、第三中间弹性件；17、第四中间弹性件；

2、第一方向检测结构；21、第一连接弹性件；22、第一质量块；

3、第二方向检测结构；31、第一过渡框；311、第一横框；312、第一弯钩部；32、第二质量块；320、第一安装槽；33、第二连接弹性件；34、第三连接弹性件；35、第二连接梁；351、第一横梁；352、第二横梁；353、第三横梁；354、第一竖梁；36、第一中间弹性件；37、第二锚接块；38、第一锚点；

4、第三方向检测结构；41、第二过渡框；411、第二横框；412、第二弯钩部；42、第三质量块；420、第二安装槽；43、第三方向检测电极；44、第四连接弹性件；45、第五连接弹性件；46、第三连接梁；461、第四横梁；462、第五横梁；463、第六横梁；464、第二竖梁；47、第二中间弹性件；48、第三锚接块；49、第二锚点；

5、中心锚接组件；51、中心连接框；52、第一连接梁；521、Y轴直梁；522、连接块；523、弹性梁；53、中心锚点。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例提供一种抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪，如图1至图4所示，限定互相垂直的第一方向、第二方向及第三方向，该抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪包括驱动结构1、第一方向检测结构2、第二方向检测结构3及第三方向检测结构4，驱动结构1包括驱动电极和驱动连接框12，驱动电极能够驱动驱动连接框12沿第一方向往复运动，第一方向检测结构2包括相连的第一连接弹性件21和第一质量块22，第二方向检测结构3包括相连的第一过渡框31和第二质量块32，第三方向检测结构4包括相连的第二过渡框41和第三质量块42，第三质量块42上设有第三方向检测电极43，驱动连接框12分别与第一连接弹性件21、第一过渡框31和第二过渡框41相连。增设的第一过渡框31能够减小因驱动连接框12通过第一过渡框31带动第二质量块32沿第一方向运动而产生的转动，增设的第二过渡框41能够减小因驱动连接框12通过该第二过渡框41带动第三质量块42沿第一方向运动而产生的转动，使得抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪的运动更加平缓。

具体地，驱动电极驱动驱动连接框12沿第一方向往复运动时，驱动连接框12能够带动第一过渡框31和第二过渡框41沿第一方向往复运动，还能够通过第一连接弹性件21带动第一质量块22沿第二方向往复运动，第一质量块22和与其正对的衬底形成的第一方向检测电极用于检测沿第一方向的角速度，第二质量块32和与其正对的衬底形成的第二方向检测电极用于检测沿第二方向的角速度，第三方向检测电极43用于检测沿第三方向的角速度。

如图1所示，本实施例的第一连接弹性件21呈倾斜设置，第一连接弹性件21包括U型梁和连接直梁，连接直梁与第一方向的夹角呈45°，连接直梁与第二方向的夹角也呈45°，U型梁呈倾斜放置，U型梁的开口方向与第一方向的夹角呈45°，U型梁的开口方向与第二方向的夹角也呈45°，U型梁与第一质量块22相连，连接直梁的一端伸入U型梁的开口内并固定在U型梁的底部，连接直梁的另一端与驱动连接框12相连，这种结构的第一连接弹性件21能够将驱动连接框12沿第一方向的运动转化为第一质量块22沿第二方向的运动，使得第一质量块22沿第二方向往复运动。如图1所示，本实施例的第一方向为X轴方向，第二方向为Y轴方向，第三方向为Z轴方向，即本实施例的三个检测轴分别为X轴、Y轴及Z轴。

本实施例提供的抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪，分别采用第一方向检测结构2、第二方向检测结构3及第三方向检测结构4检测X轴方向、Y轴方向及Z轴方向的角速度，与现有的三轴陀螺仪相比，抑制了三个检测轴之间的交叉耦合，提高了测量的准确度，实现了单独检测三个方向的角速度的功能，若是不设置第一过渡框31和第二过渡框41，驱动连接框12能够带动第二质量块32和第三质量块42沿X轴方向运动并沿Z轴方向转动，增设的第一过渡框31能够减小第二质量块32沿X轴方向运动时的转动幅度，增设的第二过渡框41能够减小第三质量块42沿X轴方向运动时的转动幅度，使得该抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪的驱动运动更加平缓，增加了测量的精确度，此外，与现有的三个单轴陀螺仪组装的结构相比，驱动结构1采用单路驱动，驱动电路更简单，有利于缩小集成电路芯片的体积、减少集成电路芯片的数量，利于整体结构的小型化设置。

如图1所示，本实施例的驱动结构1的个数为两个，两个驱动结构1沿Y轴方向分布，在驱动状态下，两个驱动结构1的驱动电极能够驱动驱动连接框12沿X轴方向同步反向往复运动，第二方向检测结构3、第一方向检测结构2及第三方向检测结构4沿X轴方向依次分布，且均位于两个驱动结构1之间。每个驱动结构1还包括驱动检测电极，驱动电极和驱动检测电极均为梳齿状电极，电容值大、线性度高且灵敏度大，驱动检测电极检测的电容量变化可以用于实时调整驱动电极的电容量，使得该抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪稳定运行。

如图1所示，本实施例的每个驱动结构1均包括两个驱动电极和一个驱动检测电极，每个驱动电极均包括一个驱动正电极111和一个驱动负电极112，驱动检测电极包括驱动检测正电极131和驱动检测负电极132，两个驱动正电极111、两个驱动负电极112、一个驱动检测正电极131及一个驱动检测负电极132沿X轴方向分布，两个驱动正电极111和两个驱动负电极112以Y轴为对称轴呈对称式分布，一个驱动检测正电极131及一个驱动检测负电极132也以Y轴为对称轴呈对称式分布，每个驱动电极的可动端和驱动检测电极的可动端均与驱动连接框12相连。需要说明的是，在本发明的其他实施例中，驱动电极的个数还可以为一个、三个或者多于三个，驱动检测电极的个数也可以为两个、三个或者多于三个，这些驱动电极和驱动检测电极沿X轴方向分布，具体根据实际需要设置。

如图1所示，本实施例的第一质量块22的个数为两个，两个第一质量块22沿X轴方向通过中心锚接组件5相连，中心锚接组件5包括中心连接框51、第一连接梁52及中心锚点53，第一连接梁52固定在中心锚点53上且两者均位于中心连接框51内部，中心连接框51分别与第一连接梁52和两个第一质量块22相连。上述第一连接梁52包括两个Y轴直梁521、一个连接块522及四个弹性梁523，两个Y轴直梁521沿Y轴方向分布且每个Y轴直梁521均沿Y轴方向延伸，每个Y轴直梁521的一端均与中心连接框51相连，每个Y轴直梁521的另一端均与连接块522相连，中心锚点53的个数为四个，四个弹性梁523的一端分别与连接块522的四个拐角相连，四个弹性梁523的另一端分别与四个中心锚点53相连。

后续封装或者使用时，该抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪在温度变化时可能受到在X轴和Y轴确定的平面内的应力，上述结构的中心锚接组件5能够抵消或者部分抵消封装应力的影响，提高该抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪的稳定性，有效抑制温度漂移。

如图1和图2所示，本实施例的第二质量块32和第一过渡框31的个数均为两个，两个第二质量块32和两个第一过渡框31一一对应设置，每个第二质量块32均通过第二连接弹性件33和第三连接弹性件34与一个第一过渡框31相连，第二连接弹性件33和第三连接弹性件34能够沿Y轴方向伸缩，两个第二质量块32之间通过第二连接梁35相连，第一过渡框31通过第一中间弹性件36与衬底上的第二锚接块37固定连接，第一中间弹性件36能够沿X轴方向伸缩。

具体地，如图2所示，本实施例的第一过渡框31包括第一横框311和两个分别位于第一横框311两端的第一弯钩部312，每个第二质量块32上均设有沿X轴方向延伸的两个第一安装槽320，第一弯钩部312和第二连接梁35的一端均伸入第一安装槽320内，且第二连接梁35与第二质量块32相连，两个第一安装槽320和两个第一弯钩部312一一对应，第一安装槽320内设有第二连接弹性件33，第一弯钩部312和第二质量块32之间通过第二连接弹性件33连接，第二质量块32和第一横框311之间通过第三连接弹性件34连接。

本实施例的第二连接弹性件33和第三连接弹性件34能够约束第二质量块32，从而降低第二质量块32随外界环境振动而转动的概率，驱动连接框12沿X轴方向运动时，第一过渡框31随驱动连接框12沿X轴方向运动，由于第二连接弹性件33和第三连接弹性件34能够沿Y轴方向伸缩，降低了因驱动连接框12通过该第一过渡框31带动第二质量块32沿X轴方向运动而产生转动的可能性，提升了该抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪驱动的平稳性。

如图1和图3所示，本实施例的第三质量块42和第二过渡框41的个数为两个，两个第三质量块42和两个第二过渡框41一一对应设置，每个第三质量块42均通过第四连接弹性件44和第五连接弹性件45与一个第二过渡框41相连，第四连接弹性件44和第五连接弹性件45均能够沿Y轴方向伸缩，两个第三质量块42之间通过第三连接梁46相连，第二过渡框41通过第二中间弹性件47与衬底上的第三锚接块48固定连接，第二中间弹性件47能够沿X轴方向伸缩。

具体地，如图3所示，上述第二过渡框41包括第二横框411和两个分别位于第二横框411两端的第二弯钩部412，每个第三质量块42上均设有沿X轴方向延伸的两个第二安装槽420，第二弯钩部412和第三连接梁46的一端均伸入第二安装槽420内，且第三连接梁46与第三质量块42相连，两个第二安装槽420和两个第二弯钩部412一一对应，第二安装槽420内设有第四连接弹性件44，第二弯钩部412和第三质量块42之间通过第四连接弹性件44连接，第三质量块42和第二横框411之间通过第五连接弹性件45连接。

本实施例的第四连接弹性件44和第五连接弹性件45能够约束第三质量块42，从而减小第三质量块42随外界环境振动而转动的幅度，驱动连接框12沿X轴方向运动时，第二过渡框41随驱动连接框12沿X轴方向运动，由于连接第三质量块42和第二过渡框41的第四连接弹性件44和第五连接弹性件45能够沿Y轴方向伸缩，降低了驱动连接框12带动第三质量块42沿X轴方向运动而产生沿Z轴方向转动的幅度，提升了该抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪驱动运动的平稳性。

如图1所示，本实施例的驱动连接框12通过驱动连接梁14固定在第一锚接块15上，驱动连接框12能够相对于第一锚接块15沿X轴方向运动。本实施例的每个驱动连接梁14的个数为三个，每个驱动连接梁14均沿Y轴方向延伸，当驱动电极驱动驱动连接框12沿X轴方向运动时，驱动连接框12沿X轴方向运动，每个驱动连接梁14均发生弯曲。在其他实施例中，第一锚接块15还可以为固定在衬底上的锚点，每个驱动连接梁14均与相应的锚点连接。

如图1所示，本实施例的第二连接弹性件33、第三连接弹性件34、第四连接弹性件44及第五连接弹性件45均为U型梁，第二连接弹性件33的弯曲刚度等于第四连接弹性件44的弯曲刚度，但第三连接弹性件34的弯曲刚度大于第五连接弹性件45的弯曲刚度。在其他实施例中，当第二连接弹性件33的弯曲刚度等于第四连接弹性件44的弯曲刚度时，第三连接弹性件34的弯曲刚度还可以小于第五连接弹性件45的弯曲刚度；当第二连接弹性件33的弯曲刚度大于或者小于第四连接弹性件44的弯曲刚度时，第三连接弹性件34的弯曲刚度大于、小于或者等于第五连接弹性件45的弯曲刚度。

也就是说，第二连接弹性件33的弯曲刚度等于第四连接弹性件44的弯曲刚度、第三连接弹性件34的弯曲刚度等于第五连接弹性件45的弯曲刚度两种情形不能同时实现，实际设计时，通过调整第二连接弹性件33、第三连接弹性件34、第四连接弹性件44及第五连接弹性件45的弯曲刚度，能够改变第二质量块32和第三质量块42的频率，保证第二质量块32的频率不同于第三质量块42的频率，使得第二方向检测结构3能够只检测Y轴方向的角速度，第三方向检测结构4能够只检测Z轴方向的角速度，保证检测的准确性。

如图1所示，本实施例的驱动连接框12与第一过渡框31通过第三中间弹性件16连接，驱动连接框12还与第二过渡框41通过第四中间弹性件17连接，第三中间弹性件16和第四中间弹性件17均能够沿Y轴方向伸缩。

如图2所示，本实施例的第二连接梁35的个数为两个，两个第二连接梁35分别位于第二质量块32沿X轴方向的两侧，第二连接梁35为第一E型连接梁，第一E型连接梁包括第一横梁351、第二横梁352、第三横梁353及一个第一竖梁354，第一横梁351、第二横梁352及第三横梁353沿Y轴方向依次分布，第一竖梁354同时与第一横梁351、第二横梁352及第三横梁353的同一端相连，第一横梁351的另一端与一个第二质量块32相连，第三横梁353的另一端与另一个第二质量块32相连，抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪还包括与第二横梁352的另一端相连的第一锚点38，第一锚点38位于两个第二质量块32之间。

如图3所示，本实施例的第三连接梁46的个数为两个，两个第三连接梁46分别位于第三质量块42沿X轴方向的两侧，第三连接梁46为第二E型连接梁，第二E型连接梁包括第四横梁461、第五横梁462、第六横梁463及一个第二竖梁464，第五横梁462的扭转刚度大于或者小于第二横梁352的扭转刚度，以进一步调整第二质量块32和第三质量块42的频率，使得两者的频率区分开来，第四横梁461、第五横梁462及第六横梁463沿Y轴方向依次分布，第二竖梁464同时与第四横梁461、第五横梁462及第六横梁463的同一端相连，第四横梁461的另一端与一个第三质量块42相连，第六横梁463的另一端与另一个第三质量块42相连，该抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪还包括与第五横梁462的另一端相连的第二锚点49，第二锚点49位于两个第三质量块42之间。

如图5所示，在驱动状态下，两个驱动结构1的驱动电极分别驱动相应的驱动连接框12沿X轴方向同步反向往复运动，第一连接弹性件21的存在使得驱动连接框12带动两个第一质量块22沿Y轴方向往复运动，此时两个第一质量块22在X轴方向上也有运动，第一质量块22具体表现为顺时针或者逆时针方向的偏转；由于驱动连接框12分别与第一过渡框31和第二过渡框41相连，使得第一过渡框31和第二过渡框41随驱动连接框12沿X轴方向运动，进而第一过渡框31带动第二质量块32沿X轴方向运动，第二过渡框41带动第三质量块42沿X轴方向运动。

定义沿Z轴向里和Z轴向外的两个方向分别为Z轴反向和Z轴正向，如图6所示，检测X轴方向的角速度时，根据右手定则，两个第一质量块22均产生沿Z轴方向的科氏力，且两个第一质量块22沿Z轴方向同步且反向往复运动，即在同一时刻，一个第一质量块22沿Z轴正向运动时，另一个第一质量块22沿Z轴反向运动。

如图7所示，当检测Y轴方向的角速度时，根据右手定则，两个第二质量块32均产生沿Z轴方向的科氏力，且两个第二质量块32沿Z轴方向同步且反向往复运动，即在同一时刻，一个第二质量块32沿Z轴正向运动时，另一个第二质量块32沿Z轴反向运动。

如图8所示，当检测Z轴方向的角速度时，根据右手定则，两个第三质量块42均会受到沿Y轴方向且方向相反的科氏力，使得两个第三质量块42沿Y轴方向同步反向往复运动，即在同一时刻，两个第三质量块42沿Y轴方向同时朝向靠近或者远离彼此的方向运动，与两个驱动连接框12相连的两个第四中间弹性件17同时处于拉伸或者压缩状态。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪，其特征在于，限定互相垂直的第一方向、第二方向及第三方向，所述抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪包括驱动结构、第一方向检测结构、第二方向检测结构及第三方向检测结构，所述驱动结构包括驱动电极和驱动连接框，所述驱动电极能够驱动所述驱动连接框沿第一方向往复运动，所述第一方向检测结构包括相连的第一连接弹性件和第一质量块，所述第二方向检测结构包括相连的第一过渡框和第二质量块，所述第三方向检测结构包括相连的第二过渡框和第三质量块，所述第三质量块上设有第三方向检测电极，所述驱动连接框分别与所述第一连接弹性件、所述第一过渡框和所述第二过渡框相连；

所述驱动电极驱动所述驱动连接框沿第一方向往复运动时，所述驱动连接框能够带动所述第一过渡框和所述第二过渡框沿所述第一方向往复运动，还能够通过所述第一连接弹性件带动所述第一质量块沿第二方向往复运动，所述第一质量块和与其正对的衬底形成的第一方向检测电极用于检测沿所述第一方向的角速度，所述第二质量块和与其正对的衬底形成的第二方向检测电极用于检测沿所述第二方向的角速度，所述第三方向检测电极用于检测沿所述第三方向的角速度。

2.根据权利要求1所述的抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪，其特征在于，所述第一质量块的个数为两个，两个所述第一质量块沿所述第一方向通过中心锚接组件相连，所述中心锚接组件包括中心连接框、第一连接梁及中心锚点，所述第一连接梁固定在所述中心锚点上且两者均位于所述中心连接框内部，所述中心连接框分别与两个所述质量块和所述第一连接梁相连。

3.根据权利要求1所述的抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪，其特征在于，所述驱动结构的个数为两个，两个所述驱动结构沿所述第二方向分布，两个所述驱动结构的所述驱动连接框能够沿反方向往复运动，所述第二方向检测结构、所述第一方向检测结构及所述第三方向检测结构沿所述第一方向依次分布，且均位于两个所述驱动结构之间。

4.根据权利要求3所述的抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪，其特征在于，所述第二质量块和所述第一过渡框的个数均为两个，两个所述第二质量块和两个所述第一过渡框一一对应设置，每个所述第二质量块均通过第二连接弹性件和第三连接弹性件与一个所述第一过渡框相连，所述第二连接弹性件和所述第三连接弹性件能够沿所述第二方向伸缩，两个所述第二质量块之间通过第二连接梁相连，所述第一过渡框通过第一中间弹性件与衬底上的第二锚接块固定连接，所述第一中间弹性件能够沿所述第一方向伸缩。

5.根据权利要求4所述的抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪，其特征在于，所述第一过渡框包括第一横框和两个分别位于所述第一横框两端的第一弯钩部，每个所述第二质量块上均设有沿所述第一方向延伸的两个第一安装槽，所述第一弯钩部和所述第二连接梁的一端均伸入所述第一安装槽内，且所述第二连接梁与所述第二质量块相连，两个所述第一安装槽和两个所述第一弯钩部一一对应，所述第一安装槽内设有所述第二连接弹性件，所述第一弯钩部和所述第二质量块之间通过所述第二连接弹性件连接，所述第二质量块和所述第一横框之间通过所述第三连接弹性件连接。

6.根据权利要求4所述的抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪，其特征在于，所述第三质量块和所述第二过渡框的个数为两个，两个所述第三质量块和两个所述第二过渡框一一对应设置，每个所述第三质量块均通过第四连接弹性件和第五连接弹性件与一个所述第二过渡框相连，所述第四连接弹性件和所述第五连接弹性件均能够沿所述第二方向伸缩，两个所述第三质量块之间通过第三连接梁相连，所述第二过渡框通过第二中间弹性件与所述衬底上的第三锚接块固定连接，所述第二中间弹性件能够沿所述第一方向伸缩。

7.根据权利要求6所述的抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪，其特征在于，所述第二过渡框包括第二横框和两个分别位于所述第二横框两端的第二弯钩部，每个所述第三质量块上均设有沿所述第一方向延伸的两个第二安装槽，所述第二弯钩部和所述第三连接梁的一端均伸入所述第二安装槽内，且所述第三连接梁与所述第三质量块相连，两个所述第二安装槽和两个所述第二弯钩部一一对应，所述第二安装槽内设有所述第四连接弹性件，所述第二弯钩部和所述第三质量块之间通过所述第四连接弹性件连接，所述第三质量块和所述第二横框之间通过所述第五连接弹性件连接。

8.根据权利要求7所述的抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪，其特征在于，所述第二连接弹性件、所述第三连接弹性件、所述第四连接弹性件及第五连接弹性件均为U型梁，所述第二连接弹性件的弯曲刚度大于或者小于所述第四连接弹性件的弯曲刚度时，所述第三连接弹性件的弯曲刚度大于、小于或者等于所述第五连接弹性件的弯曲刚度；所述第二连接弹性件的弯曲刚度等于所述第四连接弹性件的弯曲刚度时，所述第三连接弹性件的弯曲刚度大于或者小于所述第五连接弹性件的弯曲刚度。

9.根据权利要求7所述的抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪，其特征在于，所述第二连接梁为第一E型连接梁，所述第一E型连接梁包括第一横梁、第二横梁、第三横梁及一个第一竖梁，所述第一横梁、所述第二横梁及所述第三横梁沿所述第二方向依次分布，所述第一竖梁与所述第一横梁、所述第二横梁及所述第三横梁的同一端相连，所述第一横梁的另一端与一个所述第二质量块相连，所述第三横梁的另一端与另一个所述第二质量块相连，所述抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪还包括与所述第二横梁的另一端相连的第一锚点，所述第一锚点位于两个所述第二质量块之间。

10.根据权利要求9所述的抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪，其特征在于，所述第三连接梁为第二E型连接梁，所述第二E型连接梁包括第四横梁、第五横梁、第六横梁及一个第二竖梁，所述第五横梁的扭转刚度大于或者小于所述第二横梁的扭转刚度，所述第四横梁、所述第五横梁及所述第六横梁沿所述第二方向依次分布，所述第二竖梁与所述第四横梁、所述第五横梁及所述第六横梁的同一端相连，所述第四横梁的另一端与一个所述第三质量块相连，所述第六横梁的另一端与另一个所述第三质量块相连，所述抑制交叉轴耦合的三轴MEMS陀螺仪还包括与所述第五横梁的另一端相连的第二锚点，所述第二锚点位于两个所述第三质量块之间。