CN117728789A - 谐振器 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及谐振器技术领域,公开了一种谐振器,包括环形的谐振件和位于谐振件内的锚固单元,锚固单元具有支撑件和锚固件,支撑件具有至少一个环形结构,且位于锚固单元与锚固件之间;支撑件经由第二连接单元与锚固件连接,并经由第一连接单元与谐振件连接。在这种情况下,支撑件可作为缓冲区域,在谐振件发生振动时,谐振件形变所产生的应力经第一连接单元传递给支撑件,部分应力在支撑件上抵消,从而使得较小的能量传递给锚固件。由此,能够有效地降低锚点损耗,有利于谐振器稳定地振动,提高谐振器的可靠性。
Description
技术领域
本申请涉及谐振器技术领域,具体涉及一种谐振器。
背景技术
谐振器是一种能够以特定频率振荡的装置或元件,它由一个或多个振动系统组成,能够在受到激励或外界输入信号的作用下,在特定频率上产生共振,被广泛应用于包括电子、通信、光学、声学、机械工程等诸多领域,如在电子通信行业,谐振器用于给电子设备提供时钟信号。然而现有的谐振器因锚点损耗或阻抗等问题,难以实现稳定振动,可靠性明显较低。
发明内容
鉴于此,本申请提供一种谐振器,以降低谐振器的锚点损耗,使其较为稳定地振动,提高谐振器的可靠性。
为实现以上目的,本申请的第一方面提供了一种谐振器,该谐振器包括:环形的谐振件、和位于所述谐振件内的锚固单元,所述锚固单元包括支撑件和锚固件,所述支撑件具有至少一个环形结构,且设置在所述锚固件与所述谐振件之间,所述支撑件经由第二连接单元与所述锚固件连接,并经由第一连接单元与所述谐振件连接。
可选地,所述第一连接单元包括多个沿着所述支撑结构的外壁面均匀分布的第一弹性梁。
可选地,所述谐振件的内壁面设置有与各第一弹性梁对应连接的若干连接节点,所述若干连接节点布置在所述谐振件的最小位移点,其中,所述最小位移点是指所述谐振件振动幅度最小的位置。
可选地,所述第一连接梁设置有用于减小刚度的弹性体,所述弹性体的结构与所述谐振件的振动模态匹配。
可选地,所述支撑件具有多个环形结构,且所述多个环形结构相互嵌套设置,相邻两环形结构经由第三连接单元连接。
可选地,所述支撑件形成为对称结构,所述第二连接单元和所述锚固件设置在所述支撑件内,所述第二连接单元包括多个沿着所述支撑件的内壁面均匀分布的第二连接梁。
可选地,所述支撑件相比所述第一连接单元具有更大的刚度。
本申请的第二方面提供了一种谐振器,包括:环形的谐振件以及锚固单元,其中,所述谐振件周围设置有多个质量块,所述多个质量块与所述谐振件间隔设置且经由相应的连接体与所述谐振件连接,所述锚固单元设置在所述谐振件内,且所述锚固单元和所述谐振件经由第一连接单元连接。
可选地,各质量块形成为对称结构,且沿着所述谐振件的壁面均匀分布。
可选地,所述多个质量块均设置在所述谐振件的外侧;或者所述多个质量块均设置在所述谐振件的内侧;又或者所述多个质量块在所述谐振件的内侧和外侧均设置。
可选地,所述谐振器还包括设置在所述谐振件周围的若干个电极,所述多个质量块中的若干个质量块分别设置在一电极与所述谐振件之间以与相应的电极正对设置,所述正对设置的质量块与电极之间存在间隔。
可选地,所述连接体与所述质量块一一对应,与所述电极正对设置的质量块之相应连接体在所述谐振件上的连接点为所述谐振件的最大位移点,其中,所述最大位移点是指所述谐振件振动幅度最大的位置。
可选地,所述质量块与所述电极正对的两个面形状相同。
可选地,所述质量块于厚度方向上相对设置的两表面设置有多个调整孔,所述调整孔用于调节所述质量块的质量;或者,所述质量块的表面设置为不平整轮廓面,所述不平整轮廓面布置在所述质量块的厚度方向上。
可选地,所述谐振件于厚度方向上相对设置的两表面设置有多个调整孔,所述调整孔用于调节所述谐振件的质量。
可选地,所述锚固单元包括支撑结构和锚固件;所述支撑结构具有至少一个环形结构,且设置在所述锚固件与所述谐振件之间;所述支撑结构经由第二连接单元与所述锚固件连接,并经由所述第一连接单元与所述谐振件连接。
可选地,所述支撑结构具有多个环形结构,且所述多个环形结构相互嵌套设置,相邻两环形结构经由第三连接单元连接。
本申请的第三方面提供了一种谐振器,包括:具有环形的谐振件的振动主体、位于所述谐振件内且与所述谐振件连接的锚固单元、以及多个电极,其中,所述多个电极设置在所述振动主体的周围且与所述振动主体间隔设置,所述振动主体中与各电极相对的区域表面为振动相对面,各电极与所述振动主体相对的表面为工作面,所述振动相对面的数量为多个;多个振动相对面中具有若干个目标振动相对面,该目标振动相对面设置有具有多个第一齿的第一齿状表面,或者,所述多个电极中具有若干个目标电极,该目标电极的工作面设置有具有多个第二齿的第二齿状表面。
可选地,所述多个电极分别设置在所述谐振件的内侧和外侧,所述振动相对面分布于所述谐振件的内侧和外侧,所述目标振动相对面全部位于所述谐振件内侧,或者全部位于所述谐振件外侧,又或者所述谐振件的外侧和内侧均存在。
可选地,所述若干个目标振动相对面均位于所述谐振件上;或者,所述振动主体还包括设置在所述谐振件周围的多个质量块,所述质量块与所述谐振件间隔设置且经相应的连接体与所述谐振件连接,其中,至少一部分质量块分别位于一电极与所述谐振件之间以与相应的电极相对设置;所述若干个目标振动相对面均位于所述质量块上,或所述若干个目标振动相对面部分位于所述质量块上,部分位于所述谐振件上。
可选地,若一振动相对面作为所述目标振动相对面被设置有所述第一齿状表面,则与该振动相对面相对设置的工作面被设置有所述第二齿状表面。
可选地,所述振动主体在静止状态下,所述相对设置的第一齿状表面和第二齿状表面中,所述第一齿与所述第二齿在齿的延伸方向上交错排布且间隔设置。
可选地,交错设置的第一齿和第二齿具有相同的齿形,所述多个第一齿中的每个齿与相邻的第二齿之间的间隙是相同的。
可选地,若一振动相对面设置有所述第一齿,所述第一齿设置为从该振动相对面上的突出的凸起,所述第一齿具有位于该振动相对面上的齿根面、与该齿根面相对且间隔设置的齿顶面、以及相对设置的两个齿侧面,各齿侧面分别连接所述齿顶面和所述齿根面,各齿侧面与所述齿根面之间的夹角位于0°~180°内;若一工作面设置有所述第二齿,所述第二齿设置为从该工作面上的突出的凸起,所述第二齿具有位于该工作面上的齿根面、与该齿根面相对且间隔设置的齿顶面、以及相对设置的两个齿侧面,各齿侧面分别连接所述第二齿之齿顶面和所述第二齿之齿根面,第二齿之各齿侧面与所述第二齿之齿根面之间的夹角位于0°~180°内。
可选地,所述振动主体还包括设置在所述谐振件周围的多个质量块,所述质量块与所述谐振件间隔设置且经相应的连接体与所述谐振件连接,所述多个质量块均设置在所述谐振件的外侧;或者所述多个质量块均设置在所述谐振件的内侧;又或者所述多个质量块在所述谐振件的内侧和外侧均设置。
可选地,所述连接体与所述质量块一一对应,若至少一部分质量块与所述电极正对设置,与所述电极正对设置的质量块之相应连接体在所述谐振件上的连接点为所述谐振件的最大位移点,其中,所述最大位移点是指所述谐振件振动幅度最大的位置。
可选地,所述锚固单元包括支撑结构和锚固件;所述支撑结构具有至少一个环形结构,且设置在所述锚固件与所述谐振件之间;所述支撑结构经由第二连接单元与所述锚固件连接,并经由第一连接单元与所述谐振件连接。
本申请的第四方面提供了一种谐振器,包括:具有环形的谐振件的振动主体、位于所述谐振件内且与所述谐振件连接的锚固单元、以及多个电极,其中,所述多个电极包括若干设置在所述谐振件内侧的内电极和若干设置在所述谐振件外侧的外电极,且所述内电极和所述外电极分别在所述谐振件的两侧对置设置。
可选地,所述内电极和所述外电极分别设置在所述谐振件的若干最大位移点周围且与相应的最大位移点对置设置,其中,所述最大位移点是指所述谐振件振动幅度最大的位置。
可选地,所述锚固单元经多个第一连接梁与所述谐振件连接,所述多个第一连接梁分别对应连接一所述谐振件的最小位移点,所述多个第一连接梁将所述谐振件的内部空间划分为多个覆盖所述最大位移点的容纳区域,所述内电极分别设置在相应的容纳区域,其中,所述最小位移点是指所述谐振件振动幅度最小的位置。
可选地,所述若干个电极的一部分作为驱动电极用于接收驱动信号以驱使所述谐振件振动,另一部分作为感测电极用于感测所述谐振件以获取振荡信号,各容纳区域对应设置一个内电极,且沿着所述谐振件的环绕方向,相邻两容纳区域中内电极的作用不完全相同,位于所述谐振件两侧对置设置的外电极和内电极的作用不完全相同。
可选地,所述谐振器被配置为单端驱动,所述驱动电极提供同一驱动信号,所述外电极的一部分配置为所述驱动电极,另一部分配置为感测电极,位于所述谐振件之外侧的驱动电极和感测电极交错设置;所述内电极的一部分配置为所述驱动电极,另一部分配置为所述感测电极;且对置设置的内电极和外电极中一者为所述驱动电极,一者为所述感测电极。
可选地,所述谐振器被配置为差分驱动,所述驱动电极包括提供正相驱动信号的正相驱动电极和提供反相驱动信号的反相驱动电极,所述感测电极包括感测正相感测信号的正相感测电极和感测反相感测信号的反相感测电极,其中,当所述谐振器接入电路后,所述正相驱动电极与所述正相感测电极形成信号通路,所述反相驱动电极与所述反相感测电极形成信号通路;所述内电极均被配置为所述驱动电极,且沿着所述谐振件的环绕方向,所述正相驱动电极和所述反相驱动电极交错设置,所述外电极均被配置为所述感测电极,且所述正相感测电极和所述反相感测电极交错设置,其中,所述正相驱动电极与所述反相感测电极对置设置,所述反相驱动电极与所述正相感测电极对置设置;或者,所述内电极中一部分配置为所述正相驱动电极,另一部分配置为所述反相感测电极,所述正相驱动电极与所述反相感测电极交错设置;所述外电极中一部分配置为所述反相驱动电极,另一部分配置为所述正相感测电极,所述反相驱动电极与所述正相感测电极交错设置;其中,所述正相驱动电极与所述反相驱动电极对置设置,所述正相感测电极与所述反相感测电极对置设置。
可选地,所述锚固单元包括支撑结构和锚固件;所述支撑结构具有至少一个环形结构,且设置在所述锚固件与所述谐振件之间;所述支撑结构经由第二连接单元与所述锚固件连接,并经由第一连接单元与所述谐振件连接。
可选地,所述支撑结构具有多个环形结构,且所述多个环形结构相互嵌套,相邻两环形结构经由第三连接单元连接。
可选地,所述振动主体还包括设置在所述谐振件周围的多个质量块,所述多个质量块与所述谐振件间隔设置且经由相应的连接体与所述谐振件连接。
可选地,至少部分质量块分别设置在一电极与所述谐振件之间以与相应的电极正对设置,所述正对设置的质量块与电极之间存在间隔。
与现有技术相比,本申请公开了一种谐振器,谐振器包括环形的谐振件和位于谐振件内的锚固单元。锚固单元具有支撑件和锚固件。支撑件具有至少一个环形结构,且位于锚固单元与锚固件之间;支撑件经由第二连接单元与锚固件连接,并经由第一连接单元与谐振件连接。在这种情况下,支撑件可作为缓冲区域,在谐振件发生振动时,谐振件形变所产生的应力经第一连接单元传递给支撑件,部分应力在支撑件上抵消,从而使得较小的能量传递给锚固件。由此,能够有效地降低锚点损耗,有利于谐振器稳定地振动,提高谐振器的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对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申请的一些实施例,对于本领域技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1A示出了本申请第一实施例之谐振器的结构示意图。
图1B和图1C分别示出了图1中的谐振件的不同振动模态的示意图。
图2示出了本申请第二实施例之谐振器的结构示意图。
图3A示出了本申请一实施例之具有弹性体的谐振器的结构示意图。
图3B示出了图3A中谐振器的振动示意图。
图3C示出了本申请另一实施例之具有弹性体的谐振器的振动示意图。
图3D示出了图3C中一弹性体所在局域的局部放大图。
图4A示出了本申请实施例之锚固单元在一振动时刻的应力分析示意图。
图4B示出了本申请另一实施例之锚固单元的结构示意图。
图5A至图5C分别示出了本申请不同实施例之谐振器的驱动方式示意图。
图6A示出了本申请实施例之具有质量块的谐振器的结构示意图。
图6B示出了本申请实施例之具有质量块的谐振器的电极布置示意图。
图6C示出了图6B中区域O的局部放大示意图。
图7A至图7C分别示出了本申请不同实施例之具有齿状表面的谐振器的结构示意图。
图7D示出了图7C中区域Q的局部放大图。
图7E和图7F分别示出了本申请不同实施例的第一齿与第二齿相对设置的局部结构示意图。
具体实施方式
以下将通过具体实施例对本申请所示的技术方案进行详细说明。需要说明的是,以下实施例的描述顺序不作为对实施例优先顺序的限定。
请参见图1A、1B和1C,为本申请一实施例的谐振器1的结构示意图,谐振器1包括谐振件10、锚固单元20和第一连接单元30。其中,谐振件10用于振动,锚固单元20作为锚定件用于支持谐振件10,第一连接单元30用于连接谐振件10和锚固单元20。
在本申请的实施例中,谐振器1是使用MEMS技术制造的MEMS谐振器。此外,谐振器1也可以是水晶/石英谐振器。
在本申请的实施例中,谐振件10可以形成为环形结构。可选地,谐振件10可以为一对称或中心对称的形状。优选地,参见图1A,谐振件10可以大体为圆形环。当然,谐振件10也可以为其他形状,例如,参见图2,谐振件10也可以为方形环;或者也可以为三角形环等。本实施例的谐振件10为一立体结构,在Z方向上具有一定的厚度。
在一些实施例中,谐振件10可以被配置为不同的振动模态。优选地,谐振件10可以被配置为面内振动模态,具体如图1B和图1C示出的第一方向弯曲模态或者第二方向弯曲模态。其中,虚线10’表示谐振件10在相应方向上的某一时刻的振动情况。
参见图1B,若谐振件10被配置为第一方向弯曲模态,谐振件10可分别沿Y轴方向和X轴方向交替伸缩振动,该第一方向弯曲模态也称之为90°弯曲模态,其中,Y轴方向和X轴方向即可视为谐振件10当前振动模态下的振动方向。
参见图1C,若谐振件10被配置为以第二方向弯曲模态,谐振件10可分别沿X-Y方向和X-Y’方向交替伸缩振动。其中,X-Y方向与X轴的夹角优选为45°,X-Y’方向与Y轴的夹角优选为45°,故也称之为45°弯曲模态。当然,X-Y方向与X轴(或X-Y’ 方向与Y轴)的夹角也可以为其他角度,如30°或40°等,对此可不作过多限制。其中,X-Y方向和X-Y’方向即可视为谐振件10当前振动模态下的振动方向。
可以理解的是,参见图5A,谐振器1包括若干个电极40。若干个电极40可以设置在谐振件10周围,其中,部分电极作为驱动电极D用于驱使谐振件10振动,另一部分电极作为感测电极S用于感测谐振件10以获取振荡信号。谐振件10的振动模态与其周围电极40的布置密切相关,稍后详细描述本申请所涉及的电极40的布置方式。
在本申请的实施例中,参见图1A,第一连接单元30可以包括多个第一弹性梁31。各第一弹性梁31分别连接谐振件10和锚固单元20。具体地,锚固单元20和第一连接单元30均设置在环形的谐振件10内。谐振件10具有相对设置的内壁面10a和外壁面10b。谐振件10的内壁面10a对应设置有若干连接节点。第一弹性梁31与连接节点两者的数量相同且一一对应。各第一弹性梁31的一端经由相应的连接节点与谐振件10相连接。
在本实施例中,多个第一弹性梁31可以均匀分布。也就是说,谐振件10上的连接节点均匀地布置在谐振件10的内壁面10a。多个第一弹性梁31可均匀地环绕谐振件10的壁面分布并均朝向锚固单元20延伸且连接。在这种情况下,随着谐振件10的振动,谐振器1整体受力更为均匀,能够更好地稳定振动。可选地,第一弹性梁31的延伸方向即为其长度方向可以大致呈一直线。若多个第一弹性梁31沿着各自的长度方向延伸可会聚至一点(如谐振件10的中心点)。任意相邻两第一弹性梁31之间的夹角相同。
在一些实施例中,第一弹性梁31的数量可以为4个。在这种情况下,谐振器1可以具有较优的稳定性。当然,第一弹性梁31也可以被配置为其他数量,例如2个、3个、6个、8个等,本申请对此不作过多限制。
在一些实施例中,参见图1A和图5A,多个第一弹性梁31配合锚固单元20可将环形谐振件10的内部空间划分为多个容纳区域N。若干个电极40中的一部分可以设置在容纳区域N,这部分电极统称为内电极。
在本实施例中,若干个电极40可以优先邻近谐振件10的最大位移点设置。最大位移点是指谐振件10振动幅度最大的位置。优选地,若干个电极40的作用面可以与谐振件10的最大位移点对置设置。在这种情况下,电极40能够有效地感测到最大位移点的振荡信息,以有效降低阻抗。在本实施中,因谐振件10中第一连接单元30的阻碍,为了更好地布置内电极的位置,谐振件10上的连接节点可以优先布置在谐振件10的最小位移点。最小位移点是指谐振件10振动幅度最小的位置。在这种情况下,由多个第一弹性梁31分割而成的容纳区域N,可以覆盖谐振件10的最大位移点,内电极置于容纳区域N可与最大位移点对置设置。但本申请的实施例不限于此,在一些实施例中,谐振件10上的连接节点也可以设置在最大位移点。可选地,最大位移点的移动方向可以视为谐振件10整体的振动方向。
可以理解的是,最大位移点和最小位移点的位置与谐振件10的振动模态密切相关。例如,图3B中的谐振件10的振动模态为第一方向弯曲模态,此时,谐振件10中最大位移点分别为T1、T2、T3和T4;谐振件10中的最小位移点分别为C1、C2、C3和C4,该谐振件10上的连接节点设置在最大位移点,最大位移点被第一弹性梁31占据。图3C中的谐振件10的振动模态为第二方向弯曲模态,此时,谐振件10中最大位移点分别为T1’、T2’、T3’和T4’;谐振件10中的最小位移点分别为C1’、C2’、C3’和C4’,该谐振件10上的连接节点设置在最小位移点,容纳区域N可覆盖谐振件10的最大位移点。
在一些实施例中,参见图1A,第一弹性梁31可以被配置为直梁。当然,第一弹性梁31也可以被配置为折梁、或弧形梁等。
在另一些实施例中,参见图3A,第一弹性梁31可以设置有弹性体311,该弹性体311用于进一步调节(如降低)第一弹性梁31的刚度,便于谐振件10能够更好地振动。在本实施例中,弹性体311的设置可以与谐振件10的振动模态匹配,以使第一弹性梁31在连接节点的主要振动方向上具有较小的刚度。也就是说,谐振件10的振动模态不同,根据较小刚度的需求弹性体31的结构也可能不同。但也不限于此,谐振件10的振动模态不同,弹性体31的结构也可以相同。在本实施例中,第一弹性梁31可以设置有主体部312,主体部312可以为直梁、折梁或弧形梁等。弹性体311与主体部312连接。可以理解的是,谐振件10内的多个第一弹性梁31具有的弹性体311结构可相同,也可以不同,满足降低刚度的需求即可。
具体而言,随着谐振件10的振荡,位于谐振件10上的连接节点也同样会发生振动;此时,连接节点将会对连接的第一弹性梁31产生相应的与其振动方向相反的压力或拉力,第一弹性梁31对谐振件10的振动产生一定的阻力,为此,第一弹性梁31设置与连接节点的主要振动方向匹配的弹性体311,该弹性体311在连接节点的振动方向上具有较小的刚度,以降低第一弹性梁31对谐振件10振荡的阻力,从而使谐振件10能够更好地振动。其中,连接节点的振动方向与其自身所在的位置以及谐振件10的振动模态密切相关,下文详细描述谐振件10在两种不同振动模态下的弹性体311相关结构。
具体地,为了更加清晰地描述,图3B中的多个第一弹性梁31被区分为第一弹性梁31a、第一弹性梁31b、第一弹性梁31c和第一弹性梁31d。图3C中的多个第一弹性梁31被区分为第一弹性梁31a’、第一弹性梁31b’、第一弹性梁31c’和第一弹性梁31d’。
参见图3B,谐振件10被配置为以90°弯曲模态振动,且谐振件10上的连接节点分别为设置在位于Y轴的T1、T3和X轴上的T2、T4,其中,第一弹性梁31a和第一弹性梁31c均沿Y轴方向设置,且分别与T1或T3连接,两者运动或受力情况基本相同;第一弹性梁31b和第一弹性梁31d均沿X轴方向设置,且分别与T2或T4连接,两者运动或受力情况基本相同。
以第一弹性梁31a和第一弹性梁31b为例进行具体说明,随着谐振件10的振动,连接节点 T1的主要振动方向沿Y轴,此时连接T1的第一弹性梁31a在Y轴所在方向上需要具有较小的刚度,如该第一弹性梁31a中的弹性体311a可以设置为多次弯折的折梁,且从谐振件10朝向锚固单元20(具体为Y轴方向)延伸。弹性体311a经连接梁与谐振件10和主体部312a连接,连接梁的宽度可以小于主体部312a的宽度,其中主体部312a可以为直梁或折梁。同样地,连接节点 T2的主要振动方向沿X轴,此时连接T2的第一弹性梁31b在X轴方向上需要具有较小的刚度,如该第一弹性梁31b中的弹性体311b可以设置为多次弯折的折梁,且从谐振件10朝向锚固单元20(具体为X轴方向)延伸。
参见图3C和图3D,图3C和图3D中对同一结构产生的标号差异是为了更加清晰地描述,如图3C中的保持部313a’、保持部313b’和图3D中的保持部313等。谐振件10被配置为以45°弯曲模态振动,且谐振件10上的连接节点分别为设置在位于Y轴的C1’ 、C3’和X轴上的C2’、C4’,其中,第一弹性梁31a’和第一弹性梁31c’均沿Y轴方向设置,且分别与C1’或C3’连接,两者运动或受力情况基本相同;第一弹性梁31b’和第一弹性梁31d’均沿X轴方向设置,且分别与C2’或C4’连接,两者运动或受力情况基本相同。
以连接C1’ 的第一弹性梁31a’和连接C2’的第一弹性梁31b’为例进行具体说明,随着谐振件10的振动,连接节点 C1’的主要振动方向大致沿水平方向(X轴所在方向),此时连接C1’的第一弹性梁31a’在水平方向上需要具有较小的刚度,如该第一弹性梁31a’中的弹性体311a’可以设置为E字型结构,其中,E字型结构包括并行排布的三个平行部,以及连接三个平行部的连接部。三个平行部分别称为上平行部,中平行部和下平行部,中平行部远离连接部的末端与谐振件10连接,上平行部和下平行部远离连接部的末端向外偏折以与保持部313a’连接,保持部313a’从此处向主体部312a’延伸。其中,上平行部和下平行部沿Y轴方向的长边与保持部313a’平行且间隙设置。保持部313a’的外边缘与主体部312a’的外边缘对齐,也可以不对齐,如在X轴方向上主体部312a’的外边缘相对凸出于保持部313a’的外边缘。在这种情况下,弹性体311a’在水平方向上的刚度明显较小。
同样地,连接节点 C2’的主要振动方向大致沿竖直方向(沿Y轴),此时连接C2’的第一弹性梁31b’在Y轴方向上需要具有较小的刚度,如该第一弹性梁31b’中的弹性体311b’可以设置为E字型结构,其中,E字型结构包括并行排布的三个平行部,以及连接三个平行部的连接部。三个平行部分别称为上平行部,中平行部和下平行部,中平行部远离连接部的末端与谐振件10连接,上平行部和下平行部远离连接部的末端向外偏折以与保持部313b’连接,保持部313b’从此处向主体部312b’延伸。其中,上平行部和下平行部沿X轴方向的长边与保持部313b’平行且间隙设置。保持部313b’的外边缘与主体部312b’的外边缘对齐,也可以不对齐,如在Y轴方向上主体部312b’的外边缘相对凸出于保持部313b’的外边缘。在这种情况下,弹性体311b’在竖直方向上的刚度明显较小。
总体而言,谐振件10振动时,第一弹性梁31所受到的应力方向与自身的长度方向可以相同或不同的。当两者方向相同时,第一弹性梁31在其长度方向上可形成容易变形的结构,如沿长度方向延伸的折梁等。当两者方向不同时,第一弹性梁31在所受应力方向上可形成容易变形的结构,如沿应力方向延伸的折梁或E形梁等。可以理解的是,除了图3B和图3C所示的弹性体311结构外,也可以采用其他结构,例如,弹性体311可以设置为环形框体,该环形框体经连接梁分别与主体部312和谐振件10连接。如该环形框体可以为方形或圆形等。在这种情况下,该弹性体311结构在图3B和图3C所示的振动模态中均适用。
在本申请的实施例中,参见图1A和图4A,锚固单元20可以设置在谐振件10的中心区域。可选地,锚固单元20可以形成为对称或中心对称的结构。在这种情况下,能够利于谐振器1形成为一对称结构,使谐振器1整体受力更为均匀。当然,锚固单元20也以形成为其他不规则或不中心对称的结构。
在一些实施例中,参见图4A,锚固单元20可以包括锚固件21。锚固件21可以用于支持整个谐振件10。具体地,锚固件21可以与谐振器1的壳体固定连接以支持谐振件10使其与谐振器1的壳体保持间隙,从而利于谐振件10振动。优选地,锚固件21可以形成为一中心锚点,设置在谐振件10的中心区域。
在一些实施例中,参见图1A和图4A,锚固单元20可以设置有支撑件22。支撑件22可以设置在锚固件21和谐振件10之间,锚固件21经支撑件22与谐振件10连接。在这种情况下,支撑件22可作为一缓冲区域。在谐振件10发生振动时,谐振件10形变所产生的应力经第一连接单元30传递给支撑件22,部分应力在支撑件22上抵消,从而使得较小的能量传递给锚固件21。由此,能够有效地降低锚点损耗,提高谐振器1的可靠性。
在本实施例中,支撑件22可以经第一连接单元30与谐振件10连接。支撑件22经第二连接单元23与锚固件21连接。其中,第二连接单元23可以包括多个第二弹性梁23a,各第二弹性梁23a分别连接支撑件22和锚固件21。其中,多个第二弹性梁23a的数量可以不作过多限制,例如,多个第二弹性梁23a的数量可以为2个、3个、4个、6个、8个等。可选地,第二弹性梁23a的数量和第一弹性梁31的数量相同,例如均为4个。
在一些实施例中,多个第二弹性梁23a可以环绕锚固件21的外周均匀分布。可选地,多个第二弹性梁23a的设置方向与谐振件10的振动方向相同。例如,参见图3B,谐振件10以90°弯曲模态振动,第二弹性梁23a可以分别沿X轴方向和Y轴方向均匀设置。参见图3C,谐振件10以45°弯曲模态振动,第二弹性梁23a可以分别沿X-Y方向和X-Y’方向均匀设置。当然,多个第二弹性梁23a的设置方向与谐振件10的振动方向也可以不同。例如,参见图4A,第二弹性梁23a可以分别沿X轴方向和Y轴方向均匀设置,而谐振件10以45°弯曲模态振动。
在一些实施例中,第二弹性梁23a可以大致形成直梁结构。在另一些实施例中,第二弹性梁23a可以设置有弹性部。该弹性部可以设置为多折梁、或框体形状等,不作过多限制。弹性部的两端经连接梁与支撑件22和锚固件21连接。例如,参见图4A,第二弹性梁23a的弹性部设置为环形结构,且经两呈直梁结构的连接梁与支撑件22和锚固件21连接;或者,各第二弹性梁23a的弹性部设置为多折梁结构,且两端经直梁分别与支撑件22和锚固件21固定连接。在本实施例中,锚固单元20可以一体成型。利用如刻蚀工艺在晶圆上形成若干刻蚀孔25,经由刻蚀孔25的布置而分别形成依次连接的支撑件22、多个第二连接梁23a和锚固件21。其中,刻蚀孔25可以贯穿晶圆以形成为开孔。当然,刻蚀孔25也可以不贯穿晶圆以形成为凹槽。优选地,相邻两第二连接梁23a之间间隔设置,即相邻两第二连接梁23a被刻蚀孔25隔离,两者除了两端分别连接支撑件22和锚固件21外,其他区域不相互连接。可选地,相邻两第二连接梁23a对称设置。
在一些实施例中,参见图4A,支撑件22可以大致形成为环形结构。优选地,支撑件22可以为封闭的环形。例如,该环形结构可以为方形、三角形或圆形等。优选地,支撑件22可以为对称结构。在本实施例中,锚固件21和第二连接单元23设置在该环形结构内。多个第二连接梁23a沿着支撑件22的内壁面22a均匀设置。多个第一连接梁31沿着支撑件22的外壁面22b均匀设置。在这种情况下,当谐振件10振动时,通过多个第一弹性梁31传递到支撑件22上的应力,可相互抵消,从而使得仅有较小能量经多个第二连接梁23a传递给锚固件21。优选地,多个第一弹性梁31可以沿着谐振件10的振动方向对称设置,例如,谐振件10被配置为45°弯曲模态,谐振件10可沿着X-Y方向和X-Y’方向这两个振动方向上交替振动,多个第一弹性梁31可分别沿着X-Y和X-Y’这两个方向对称分布。
具体地,为了更加清晰地描述,图4A中的多个第一弹性梁31被区分为第一弹性梁31e、第一弹性梁31f、第一弹性梁31g和第一弹性梁31h。参见图4A,支撑件22为封闭且对称的环形;谐振件10被配置为45°弯曲模态,在谐振件10沿X-Y方向发生振动后,谐振件10产生形变,由圆形逐渐变化为椭圆,该形变过程产生的应力经多个第一弹性梁31e~31h传递给支撑件22,因谐振件10和支撑件22为对称结构,且第一弹性梁31e~31h分别沿Y轴和X轴方向均匀分布,此时,沿振动方向X-Y对称设置的第一弹性梁31e和第一弹性梁31h传递给支撑件22的应力F1和F1’,大小近乎相同,方向大致相反,应力F1和F1’将会在支撑件22上相互抵消;同样地,沿振动方向X-Y对称设置的第一弹性梁31f和第一弹性梁31g传递给支撑件22的应力F2和F2’也可在支撑件22上相互抵消。在这种情况下,仅有较小的能量传递给锚固件21上。
可以理解的是,谐振件10在X-Y方向和X-Y’方向振动的受力情况类似,若谐振件10沿X-Y’方向发生振动后,沿振动方向X-Y’对称设置的第一弹性梁31e和第一弹性梁31f传递给支撑件22的两个应力可以相互抵消,沿振动方向X-Y’对称设置的第一弹性梁31g和第一弹性梁31h传递给支撑件22的两个应力也可以相互抵消。在这种情况下,仅有较小的能量传递给锚固件21上。
由此可见,谐振件10在当前振动模态下,支撑件22可作为缓冲区域,将第一弹性梁31e~31h传递的力相互抵消,从而使得仅有较小能量经多个第二连接梁23a传递给锚固件21,由此,能够有效地降低锚点损耗,提高谐振器1的可靠性。
当然,支撑件22除了所示的单个环形结构外,也可以是多个环形结构嵌套而形成的,具体参见图4B。例如,支撑件22可以包括多个圆环形结构,多个圆环形结构相互嵌套设置,且各自的圆心相互重合。相邻两环形结构之间经由第三连接单元24连接。其中,第三连接单元24可以包括多个第三连接梁24a,第三连接梁24a的结构或设置方式等可以参见上述第二连接梁23a的相关描述。
在一些实施例中,支撑件22的刚度可以大于第一连接单元30。在这种情况下,支撑件22能够更好地作为缓冲区域用于抵消所接收的应力,且自身不易发生形变,从而能够进一步减少传递给锚固件21的能量。
可以理解的是,参见图5B,锚固单元20也可以不设置支撑件22,锚固件21经第一连接单元31与谐振件10连接。
在另一些实施例中,锚固件21上可以设置有若干释放孔。该释放孔可以用于释放传递到锚固件21上的应力以减小锚点损耗,并可降低工艺敏感性。具体地,锚固件21于厚度方向上(即Z方向)相对设置的表面,通过刻蚀等工艺形成多个释放孔。释放孔可以贯穿锚固件21形成通孔,或者释放孔可以形成为未贯穿锚固件21的凹槽。
锚固件21可以具有中心锚点部,该中心锚点部经固定梁与谐振器1的壳体固定连接。其中,谐振器1的壳体用于封装谐振件10以形成供谐振件10振动的振动空间。固定梁可以位于中心锚点部下方且沿Z方向设置。在一些实施例中,若干释放孔可以环绕该中心锚点部设置。在这种情况下,当谐振件1振动,与锚固件21连接的连接单元传递来应力,该应力会被释放孔释放掉一部分,从而减小传递给中心锚点部的能量,能够有效降低锚点损耗;并且,通过设置释放孔能够减小谐振器质量,从而降低谐振器频率的工艺敏感性。
可选地,若干释放孔可以在锚固件21的表面对称或均匀分布。多个释放孔的形状、或大小等可以相同或不完全相同。可选地,释放孔在XY方向的截面可以形成为条形、圆形或者弧形等。可选地,多个释放孔在中心锚点部上组合投影可以覆盖中心锚点部的表面。由此,能够更好地降低中心锚点部所受到的应力,有效降低锚点损耗。
在本申请的实施例中,若干个电极40设置在谐振件10周围且与谐振件10间隔设置。电极40与谐振件10之间的间隔可以作为谐振件10振动时的预留空间,便于谐振件10更好地振动。当谐振器1接入电路后,若干个电极40中的驱动电极D可以接收驱动信号以驱使谐振件10振动,若干个电极40中的感测电极S可感测谐振件10以获取振荡信号,并将其输出给连接的电路,以实现谐振器1的频率输出。
在一些实施例中,参见图5A,各电极40与谐振件10正对的面可以分别为该电极40的工作面40a和谐振件10的相对区域面10c。各电极40的工作面与谐振件10的相对区域面10c匹配。可选地,各电极40的工作面40a与谐振件10的相对区域面10c形状大致相同。各电极40的工作面40a与谐振件10的相对区域面10c之间的间隙可大致不变。例如,电极40与谐振件10正对的面(即工作面40a)可以为弧形面,且该弧形面的曲率与谐振件10的相对区域面10c曲率相同。两个面近乎平行设置以使两者间隔相对固定。当然,各电极40的工作面40a与谐振件10的相对区域面10c也可以不完全相同,两者之间的间隙也可以发生变化。可以理解的是,各电极40与谐振件10之间的间隔可以至少满足:随着谐振件10的振动变形,各电极40始终不与谐振件10相互接触。
在一些实施例中,参见图5A,若干个电极40可以一部分设置在谐振件10的外侧,一部分设置在谐振件10的内侧。设置在谐振件10外侧的电极统称为外电极。在一些实施例中,内电极设置在容纳区域N。内电极和外电极可以分别在谐振件10两侧对置设置。例如,一个外侧的外电极至少在谐振件10相对的内侧对置设置一个内电极,或者一个内侧的内电极至少在谐振件10相对的外侧对置设置一个外电极。可选地,对置设置的两内外电极可以分别作为驱动电极和感测电极。当然,对置设置的两内外电极也可以均作为驱动电极、或者均作为感测电极,具体配置和电极40的驱动方式相关。
在一些实施例中,沿着谐振件10的环绕方向R,相邻两容纳区域N中的内电极之作用可以不完全相同。对置设置的两内外电极之作用可以不完全相同。由此,能够利于谐振件10的最大位移点被电极40覆盖。
可选地,各容纳区域N可至多设置一个内电极。当然,各容纳区域N也可以设置多个内电极。
在一些实施例中,外电极和内电极根据驱动方式的不同,各自的配置也可以不同。例如,外电极可以均作为感测电极S,内电极均作为驱动电极D;外电极可以均作为驱动电极D,内电极均作为感测电极S;又或者,外电极一部分作为感测电极S,一部分作为驱动电极D;同样,内电极也一部分作为感测电极S,一部分作为驱动电极D。
具体地,参见图5A,谐振器1可以被配置为单端驱动,也即驱动电极D可以仅提供的一种驱动信号,此时,外电极可以部分配置为驱动电极D,部分配置为感测电极S,且沿着谐振件10的环绕方向R,位于外侧的驱动电极D和感测电极S交错设置;内电极同样部分配置为驱动电极D,部分配置为感测电极S,且对置设置的内外电极中一者为驱动电极D,一者为感测电极S。由此能够实现谐振件10以45°弯曲模态振动。
参见图5B和图5C,谐振器1可以被配置为差分驱动,也即驱动电极D提供的驱动信号可以包括正相驱动信号和反相驱动信号。其中,正相驱动信号和反相驱动信号的相位差可以相差180°。在这种情况下,若干个驱动电极D可以包括用于为振动单元10提供正相驱动信号的正相驱动电极D+、以及用于为振动单元10提供反相驱动信号的反相驱动电极D-。同样地,感测电极S感测的感测信号可以包括正相感测信号和反相感测信号。其中,正相感测信号和反相感测信号的相位差可以相差180°。若干个感测电极S可以包括产生正相感测信号的正相感测电极S+、以及产生反相感测信号的反相感测电极S-。当谐振器1接入电路后,正相驱动电极D+与正相感测电极S+可以形成信号通路。反相驱动电极D-与反相感测电极S-可以形成信号通路。由此能够在获取感测信号的同时,更好地维持相应的振动主体1A振动。
图5B中的内电极均为驱动电极,且沿着谐振件10的环绕方向R,正相驱动电极D+和反相驱动电极D-交错设置;外电极均为感测电极,且正相感测电极S+和反相感测电极S-交错设置,其中,正相驱动电极D+与反相感测电极S-对置设置,反相驱动电极D-与正相感测电极S+对置设置。图5C中的内电极部分配置为正相驱动电极D+,部分配置为反相感测电极S-,且沿着谐振件10的环绕方向R,正相驱动电极D+与反相感测电极S-交错设置;外电极部分配置为反相驱动电极D-,部分配置为正相感测电极S+,反相驱动电极D-与正相感测电极S+交错设置,其中,正相驱动电极D+与反相驱动电极D-对置设置,正相感测电极S+与反相感测电极 S-对置设置。这两种配置方式均可实现谐振件10以45°弯曲模态振动。
可以理解的是,若干个电极40可以均设置在谐振件10外侧,或者均设置在谐振件10内侧。根据电极40的位置设置以及驱动方式的配置,能够实现谐振件10以不同模态振动。例如,图5A中的电极顺时针旋转45°后,因第一弹性梁31的阻碍,内电极的数量翻倍,原本一个电极被划分为两个电极且位于同一弹性梁31的两侧,外电极数量不变,在当前驱动方式下可实现谐振件10以90°弯曲模态振动。
在一些实施例中,参见图6A,谐振件10还可以设置有多个质量块11。质量块11可以用于调整谐振件10的振动频率。具体地,质量块11的设置可增加谐振件11的质量,从而使谐振件11的振动频率降低。在这种情况下,在不改变谐振件11尺寸的前提下,通过加入质量块11,能够有效调整(如降低)谐振件11的频率。例如,原本谐振件10的振动频率为10MHz,加入质量块11后,谐振件10的振动频率变为8MHz。
在一些实施例中,多个质量块11可以设置在谐振件10上。利用沉积工艺等在谐振件10表面上形成质量块11。可选地,若干个质量块11在谐振件10上均匀地分布。在这种情况下,质量块11的设置可增加谐振件10的质量,能够有效降低谐振件11的频率。当然,除了谐振件10上,质量块11也可以设置在第一弹性梁31上来改变其刚度和/或质量来影响谐振件10的振动。
在另一些实施例中,参见图6A和图6C,多个质量块11可以设置在谐振件10周围且与谐振件10间隔设置。各质量块11通过相应的连接体12与谐振件10连接。其中,连接体12可以为连接相应质量块11和谐振件10的直梁。在这种情况下,质量块11可以在谐振件10的振动频率中主要贡献质量,而不明显改变谐振件10原本的刚度等参数,能够降低工艺精度等需求,提高工艺的可操作性。
可以理解的是,在谐振件10振动时,各质量块11可保持原形状,不明显发生形变。具体地,在谐振件10振动时,各质量块11会在连接体12的带动下,跟随谐振件10发生振动。因质量块11与谐振件10间隙设置,且除连接体12外其他部位属于自由端未被固定,仅由连接体12传递应力给质量块11,致使质量块11在谐振件10的振动过程中不明显发生形变。
在本实施例中,若干个质量块11可以均设置在环形谐振件10的外侧,也可以均设置在环形谐振件10内,也可以同时在环形谐振件10的外侧和内侧均设置。可选地,若干个质量块11可以围绕谐振件10均匀或对称地分布。例如,参见图6A,质量块11的数量为4个,且全部设置在环形谐振件10内,各质量块11分别布置在一个容纳区域N内,沿着谐振件10的内壁10B均匀且对称分布。
在一些实施例中,质量块11可以大致为对称结构。连接体12的一端与质量块11壁面的中心区域连接。优选地,连接体12可以沿着该质量块11的对称轴方向布置。
在一些实施例中,各质量块11的形状可以与其相对设置的谐振件表面和/或电极表面相关。具体地,各质量块11与谐振件10正对设置,且两者正对的两个面形状大致相同。在这种情况下,各质量块11与谐振件10间隔的间隙可大致不变。例如,质量块11与谐振件10正对的面可以为弧形面,且该弧形面的曲率与谐振件10的正对面曲率相同;两个面近乎平行设置以使两者间隔相对固定。当然,各质量块11与谐振件10正对的两个面也可以不完全相同,两者之间的间隙也可以发生变化。可以理解的是,各质量块11与谐振件10之间的间隔可以至少满足:随着谐振件10的振动变形,各质量块11始终不与谐振件10直接接触。当然也不限于此,随着谐振件10的振动变形,各质量块11也可以部分与谐振件10直接接触。
在一些实施例中,参见图6B和图6C,多个质量块11中的若干质量块可以设置在部分电极40与谐振件10之间。在这种情况下,质量块11可以代替谐振件10与这部分电极40正对。其中,质量块11与该电极40相对的面称为对置面11a。该电极40与质量块11相对的面依旧称为工作面40a。
在本实施例中,这里描述的均为正对设置的质量块11和电极40。质量块11的对置面11a与电极40的工作面40a可以形状大致相同。两者大小也可以相同,或者质量块11的对置面11a略大于电极40的工作面40a。在这种情况下,质量块11与电极40间隔的间隙可大致不变。例如,质量块11的对置面11a与电极40的工作面40a可以均为平面或弧形面。两个面近乎平行设置以使两者间隔相对固定。当然,各质量块11与电极40正对的两个面也可以不完全相同。两者之间的间隙也可以发生变化。
可以理解的是,质量块11会随谐振件10发生振动,由于质量块11难以发生形变,电极40的工作面40a与质量块11的对置面11a之间的间隔虽发生变化但在各时刻仍能保持近乎等间隔,此时,质量块11反映的是连接体12在谐振件10上的连接点的振动变化,该电极40的整个工作面40a也相当于是对该连接点进行检测,该连接点的振动频率一般大于谐振件10上更加远离最大位移点的部位之振动频率,由此能够有利于电极40整个工作面40a均实现对较大振动变化的连接点进行检测,有效降低谐振器1的等效阻抗,提高谐振器1的可靠性。
优选地,参见图6B和图6C,质量块11可以正对最大位移点(如T1~T4)设置。该质量块11连接的连接体12可以与最大位移点(如T1~T4)相连接。在这种情况下,该质量块11随着谐振件11发生振动,质量块11可反映最大位移点的振动变化,与该质量块11相对的电极40之整个工作面40a均能够实现对最大位移点的检测。
在一些实施例中,质量块11的表面可以设置有多个调整孔。该调整孔可以用于对质量块11的质量进行调整,从而对频率进行较为精细地调整。具体地,质量块11于厚度方向上(即Z方向)相对设置的表面,通过刻蚀等工艺形成多个调整孔。该调整孔可以贯穿质量块11形成为开孔,也可以不贯穿质量块11形成为凹槽。在这种情况下,通过设置调整孔能够实现对质量较为精细地调整,提升谐振器质量对工艺刻蚀CD(即Critical Dimension,关键尺寸)的敏感性,用于抵消谐振器1对工艺CD的敏感性,从而降低谐振器频率对工艺CD的敏感性,提高工艺的可操作性以及系统的可制作性。
可选地,多个调整孔可以在质量块11的表面对称或均匀分布。多个调整孔的形状、大小等可以相同或不完全相同。可选地,调整孔在XY方向的截面可以形成为条形、圆形或者弧形等。
当然本申请不限于此,除了上述设置调整孔的方式外,质量块11的表面可以设置为不平整轮廓面。其中,不平整轮廓面可以是指该质量块11的对应表面凹凸不平。优选地,不平整轮廓面布置在质量块11的厚度方向上。在这种情况下,设置不平整轮廓面能够提高系统线面比,降低谐振器频率对工艺的敏感性。
在其他实施例中,调整孔可以设置在除上述质量块11外的其他位置。具体如谐振件10上可以设置调整孔。调整孔用于对谐振件10的质量和刚度等进行调整,从而对频率进行较为精细地调整,且调整孔的设置还能够降低热弹性阻尼。具体地,谐振件10于厚度方向上(即Z方向)相对设置的表面,通过刻蚀等工艺形成多个调整孔。可选地,多个调整孔可以在谐振件10的表面对称或均匀分布。可以理解的是,谐振件10和质量块11可同时布置有调整孔。
在一些实施例中,参见图6C和图7A,谐振件1可以包括振动主体1A。振动主体1A与锚固单元20经由第一连接单元30连接。多个电极40设置在振动主体1A周围且与振动主体1A间隔设置。在本实施例中,振动主体1A可以包括谐振件10。在一些实施例中,振动主体1A还可以包括质量块11。也就是说,上述实施例中的谐振件10和质量块11可以统称为振动主体1A。振动主体1A与电极40相对的区域表面可以称之为振动相对面M。电极40与振动主体1A相对的表面仍称之为工作面40a。
图7A至图7C中所示出的实施例中振动主体1A被配置45°弯曲模态,以当前示图为例进行详细说明。
参见图7A至图7C,振动主体1A的多个振动相对面M中的一部分可以设置成齿状表面。或者,多个电极40的工作面40a中的一部分可以设置成齿状表面。在这种情况下,通过在振动主体1A的振动相对面M和/或电极40的工作面40a设置齿结构,增加电极40与振动主体1A的耦合面积,即增加电极40对振动主体1A相对的有效检测面积。由此,在不大幅影响模态、频率、Q值的前提下以有效降低阻抗,提高谐振器1的可靠性。可以理解的是,振动相对面M和与其相对的工作面40a之间会形成驱动电容或感测电容,其中,具体为驱动电容或者感测电容由当前电极40的配置来确定,若被配置为驱动电极D,则为驱动电容;若被配置为感测电极S,则为感测电容。本申请通过设置齿状表面增大振动相对面M和/或工作面40a的相对面积,能够增加电容大小,从而有效降低阻抗。
在一些实施例中,振动主体1A的多个振动相对面M中可选取至少一部分作为目标振动相对面M’。目标振动相对面M’可以设置有第一齿状表面。具体地,参见图7D,各目标振动相对面M’设置有多个第一齿14,多个第一齿14形成为第一齿状表面。可选地,多个第一齿14可以连续排布以形成第一齿状表面。当然,多个第一齿14也可以不连接排布。优选地,振动主体1A中的多个振动相对面M均设置有第一齿状表面。在一些实施例中,第一齿状表面可以完全覆盖振动相对面M。或者第一齿状表面仅覆盖振动相对面M的部分区域。例如,振动相对面M可以仅在部分区域设置有多个第一齿,其他区域仍保留原来的弧形面形状。或者,振动相对面M整体设置为第一齿状表面。
在一些实施例中,参见图7E,各第一齿14形成为从振动相对面M突出的凸起。各第一齿14可以具有齿顶面14a、齿根面14b、以及两齿侧面14c、14d。其中,齿顶面14a相比齿根面14b更靠近与该振动相对面M相对的工作面40a,齿根面14b布置在振动相对面M上,齿顶面14a与齿根面14b相对且间隔设置。
齿侧面14c和齿侧面14d相对设置,且分别连接齿顶面14a与齿根面14b;齿侧面14c与齿根面14b之间的夹角α位于0°~180°内,齿侧面14d与齿根面14b之间的夹角β位于0°~180°内。可选地,齿侧面14c与齿根面14b之间的夹角α小于90°。齿侧面14d与齿根面14b之间的夹角β小于90°。可选地,齿侧面14c和齿侧面14d大致沿厚度方向(即Z轴方向)设置。齿侧面14c和齿侧面14d可以大致为平面。当然,齿侧面14c和齿侧面14d也可以为弧面等规则表面或不规则表面等。
优选地,齿侧面14c与齿根面14b之间的夹角α不为90°;齿侧面14d与齿根面14b之间的夹角β不为90°。也就是说,第一齿14除位于厚度方向上(即Z轴方向)的两表面外可以不具有平行于第一轴线L的表面。其中,第一轴线L垂直于齿根面14b的中心区域。
优选地,夹角α与夹角β大小相等,例如,夹角α与夹角β都为30°或60°等。当然,夹角α与夹角β大小也可以不相等,例如,夹角α为60°,夹角β为90°等。
可选地,齿顶面14a与齿根面14b的形状相同。齿顶面14a与齿根面14b大致平行设置。例如,齿顶面14a与齿根面14b为形状相同的弧面或平面且平行设置。或者,齿侧面14c和齿侧面14d在齿顶的一侧直接相交,齿顶面14a可以看作一直线,该直线与齿根面14b平行设置。当然不限于此,齿顶面14a与齿根面14b的形状也可以不同。例如,齿顶面14a与齿根面14b中一者为弧面,另一者为平面。或者,齿顶面14a为波浪形状,齿根面14b为弧面或平面等。
在本实施例中,参见图7E,相邻两第一齿14之间形成齿槽W。具体地,齿槽W可以由两第一齿14的齿侧面以及齿槽面14e围绕而形成。例如,齿槽W由一第一齿14之齿侧面14c、另一第一齿14之齿侧面14d以及齿槽面14e围绕而形成。可选地,相邻两第一齿14的齿根面14b相连接,两者齿侧面相交设置,相交的直线可看作齿槽面14e。或者,相邻两第一齿14的齿根面14b间隔设置,相邻两第一齿14的齿侧面不直接相交,两齿根面14b间隔所暴露的振动主体M表面为齿槽面14e。可以理解的是,第一齿状表面可以包括各齿槽面14e、各第一齿14的齿顶面14a和两齿侧面14c、14d。此时,第一齿状表面与电极40的工作面40a之间形成驱动或感测电容。在这种情况下,多个第一齿14的设置,使第一齿状表面的面积明显增加,从而增加电容大小,有效降低阻抗。
在本实施例中,参见图7A至图7C,若干个电极40分别设置环形谐振件11的内侧和外侧,故振动相对面M分布于谐振件11的内侧和外侧。目标振动相对面M’从多个振动相对面M中选取可以全部位于谐振件11内侧,也可以全部位于谐振件11外侧,或者谐振件11的外侧和内侧均存在。
可以理解的是,根据振动主体1A与电极布置的实际情况,选中的目标振动相对面M’若是谐振件10与电极40相对则第一齿状表面设置在谐振件10上;选中的目标振动相对面M’若是质量块11与电极40相对则第一齿状表面设置在质量块11上。
在本实施例中,若干个目标振动相对面M’均位于谐振件10上;或者,振动主体1A包括谐振件10和设置在谐振件10周围的多个质量块11,其中,至少一部分质量块11分别位于一电极40与谐振件10之间以与相应的电极40相对设置;此时,若干个目标振动相对面M’可均位于质量块11上,或若干个目标振动相对面M’部分位于质量块11上,部分位于谐振件10上。
在一些实施例中,参见图7C和图7D,多个电极40中可选取若干个目标电极40’。目标电极的工作面40a可以设置有第二齿状表面。具体地,各目标电极的工作面40a设置有多个第二齿41,多个第二齿41形成为第二齿状表面。可选地,多个第二齿41可以连续排布以形成第二齿状表面。当然,多个第二齿41也可以不连接排布。在本实施例中,参见图7E,第二齿41同样具有齿顶面41a、齿根面41b和两齿侧面41c、41d。相邻两第二齿41之间形成凹槽V。齿槽V可以由两第二齿41的齿侧面以及齿槽面41e围绕而形成。第二齿41的各齿面特征具体参见第一齿14的相关描述。优选地,齿侧面41c与齿根面41b之间的夹角不为90°;齿侧面41d与齿根面41b之间的夹角β不为90°。也就是说,第二齿41除位于厚度方向上(即Z轴方向)的两表面外可以不具有平行于第二轴线U的表面。其中,第二轴线U垂直于齿根面41b的中心区域。
可以理解的是,参见图7E,第二齿状表面可以包括各齿槽面41e、各第一齿41的齿顶面41a和两齿侧面41c、41d。此时,第二齿状表面与振动相对面M之间形成驱动或感测电容。在这种情况下,多个第二齿41的设置,使第二齿状表面的面积明显增加,从而增加电容大小,有效降低阻抗。
在一些实施例中,若干个电极40分别设置环形谐振件11的内侧和外侧,目标电极从多个电极40中选取可以全部位于谐振件11内侧,也可以全部位于谐振件11外侧,或者谐振件11的外侧和内侧均存在。
在一些实施例中,相对设置的振动相对面M与工作面40a,若其中一者设置有齿状表面,另一者也设置有齿状表面。在这种情况下,能够提高相对的振动相对面M与工作面40a之间的匹配度,能够有效增加电极40对振动主体1A相对的耦合面积以降低阻抗。当然不限于此,相对设置的振动相对面M与工作面40a,也可以仅有一者设置有齿状表面,或者两者都不设置齿状表面。
在本实施例中,参见图7D和图7E,若振动主体1A与电极40相对的表面均设置有齿结构,振动主体1A在静止状态下,振动主体1A上的第一齿14与该电极40上的第二齿41在齿的延伸方向上交错排布且间隔设置;即振动主体1A上第一齿14的齿顶(即齿顶面14a)与电极40上对应的第二齿41的齿槽V对准设置,且两者之间形成有间隙。优选地,振动主体1A上第一齿14的齿顶伸入电极40上对应的第二齿41的齿槽V。同样地,电极40上第二齿41的齿顶(即齿顶面41a)伸入振动主体1A上对应的第一齿14的齿槽W。
优选地,电极40之工作面40a上的第二齿41被配置为与相对的振动相对面M之第一齿14可相互啮合的齿形,更好地匹配电极40与振动主体1A几何轮廓,对电极40与振动主体1A之间的间距进行适当调整。
也就是说,电极40之工作面40a上的第二齿41可以具有与振动主体1A之振动相对面M上的第一齿14相匹配的齿形。在这种情况下,亦可根据第一齿14的齿形可以对与第一齿14相对的表面进行适应性配置,或者,亦可根据第二齿41的齿形可以对与第二齿41相对的表面进行适应性配置,以更好地调整电极与振动主体1A之间的间距。
在本实施例中,参见图7F,多个第一齿14中的每个齿与相邻的第二齿41之间的间隙d是相同的。也就是说,交错设置的第一齿14与第二齿41,两者相对齿面之间的距离(即间隙d)是恒定的,且各第一齿14与各自相邻第二齿41之间相对齿面的距离是相同的。
优选地,振动主体1A上的第一齿14具有与相对的电极40上的第二齿41相同的齿形,由于第一齿14和第二齿41具有相同的形状和尺寸,由此能够更好地匹配振动主体1A和该电极40的几何轮廓,从而使电极40与振动主体1A两者的间距大致恒定。当振动主体1A不振动时在振动主体1A和电极120之间存在基本恒定的间隙。也即,参见图7F,第一齿14之齿侧面与相邻第二齿41之齿侧面之间的间隙d基本上等于第一齿14的齿顶面与相对的第二齿41的齿槽面之间的间距x;类似地,第二齿41之齿侧面与相邻第一齿14之齿侧面之间的间隙d基本上等于第二齿41的齿顶面与相对的第一齿14的齿槽面之间的间距x。当然不限于此,第一齿14之齿侧面与相邻第二齿41之齿侧面之间的间隙d可小于或大于第一齿14的齿顶面与相对的第二齿41的齿槽面之间的间距x。
可选地,第一齿14或第二齿41相对的齿槽面可以与该第一齿14或第二齿41的齿顶面具有近似的形状。例如,参见图7F,振动主体1A的振动相对面M设置有三角齿形的第一齿14,第一齿14可配置为具有圆角化的齿顶面。在这种情况下,相对的电极40上的第二齿41与振动主体1A上的第一齿14之齿形相匹配;换而言之,第二齿41可配置为与对应设置的第一齿14的齿顶相匹配的圆角化齿槽面(弧形槽面),由此更好地匹配电极40与振动主体1A的几何轮廓。
在一些实施例中,第一齿14与第二齿41的齿形可以为半圆弧状、三角齿形、梯形齿或者齿顶圆角化等。
在具体的实施例中,谐振器1可以包括圆环形的谐振件10。谐振件10可以被配置为以45°弯曲模态振动。谐振件10的中心区域设置有一锚固单元20,4个第一弹性梁31围绕锚固单元20设置。第一弹性梁31具有与振动模态匹配的弹性体311。谐振件10的内部空间被第一弹性梁31均匀划分,形成为4个容纳区域N。锚固单元20具有呈环形的支撑件22、多个第二弹性梁23a和锚固件21,其中,锚固件21和多个弹性梁23a均位于支撑件22内,锚固件21形成为一中心锚点,各第二弹性梁23a均形成为多折梁结构,且沿着锚固件21的外周均匀布置,支撑件22为一封闭的对称结构,各第二连接梁23a分别连接锚固件21和支撑件22,相邻两第二连接梁23a之间间隔设置。谐振件10的内侧设置有质量块11,质量块11的数量为4个且分别布置在一容纳区域N内,质量块11与谐振件10的内壁面10a间隔设置,且经连接体12与谐振件10连接。各连接体12可以连接谐振件10的最大位移点。质量块11和谐振件10上均设置有均匀分布的调整孔。
各质量块11朝向中心锚点的表面可以设有齿状表面,谐振件10的外侧与质量块11对置的区域也同样设置有齿状表面。齿状表面中的第一齿14可以为三角齿形。电极40可以分别布置在谐振件10的内侧和外侧,与图6B中的配置方式相近,设置在内侧的电极40可以与质量块11相对设置,且相对的表面形成有与质量块11上的第一齿14相匹配的第二齿41,同样地,设置在外侧的电极40可以与谐振件11相对设置,且相对的表面形成有与谐振件11上的第一齿14相匹配的第二齿41。在这种情况下,谐振器10可以具有较低的阻抗且较低的锚点损耗,能够较为稳定地振动,具有较高的可靠性。
以上对本申请进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的核心思想;同时,对于本领域的技术人员,依据本申请的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (10)
1.一种谐振器,其特征在于,包括:环形的谐振件、和位于所述谐振件内的锚固单元,
所述锚固单元包括支撑件和锚固件,
所述支撑件具有至少一个环形结构,且设置在所述锚固件与所述谐振件之间,
所述支撑件经由第二连接单元与所述锚固件连接,并经由第一连接单元与所述谐振件连接。
2.如权利要求1所述的谐振器,其特征在于,
所述第一连接单元包括多个沿着所述支撑件的外壁面均匀分布的第一弹性梁。
3.如权利要求2所述的谐振器,其特征在于,
所述谐振件的内壁面设置有与各第一弹性梁对应连接的若干连接节点,所述若干连接节点布置在所述谐振件的最小位移点,其中,所述最小位移点是指所述谐振件振动幅度最小的位置。
4.如权利要求2所述的谐振器,其特征在于,
所述第一连接梁设置有用于减小刚度的弹性体,所述弹性体的结构与所述谐振件的振动模态匹配。
5.如权利要求1所述的谐振器,其特征在于,
所述支撑件具有多个环形结构,且所述多个环形结构相互嵌套设置,相邻两环形结构经由第三连接单元连接。
6.如权利要求1或5所述的谐振器,其特征在于,
所述支撑件形成为对称结构,所述第二连接单元和所述锚固件设置在所述支撑件内,所述第二连接单元包括多个沿着所述支撑件的内壁面均匀分布的第二连接梁。
7.如权利要求6所述的谐振器,其特征在于,
所述支撑件相比所述第一连接单元具有更大的刚度。
8.一种谐振器,其特征在于,包括:环形的谐振件以及锚固单元,
其中,所述谐振件周围设置有多个质量块,所述多个质量块与所述谐振件间隔设置且经由相应的连接体与所述谐振件连接,
所述锚固单元设置在所述谐振件内,且所述锚固单元和所述谐振件经由第一连接单元连接。
9.一种谐振器,其特征在于,包括:具有环形的谐振件的振动主体、位于所述谐振件内且与所述谐振件连接的锚固单元、以及多个电极,
其中,所述多个电极设置在所述振动主体的周围且与所述振动主体间隔设置,所述振动主体中与各电极相对的区域表面为振动相对面,各电极与所述振动主体相对的表面为工作面,所述振动相对面的数量为多个;
多个振动相对面中具有若干个目标振动相对面,该目标振动相对面设置有具有多个第一齿的第一齿状表面,
或者,所述多个电极中具有若干个目标电极,该目标电极的工作面设置有具有多个第二齿的第二齿状表面。
10.一种谐振器,其特征在于,包括:具有环形的谐振件的振动主体、位于所述谐振件内且与所述谐振件连接的锚固单元、以及多个电极,
其中,所述多个电极包括若干设置在所述谐振件内侧的内电极和若干设置在所述谐振件外侧的外电极,且所述内电极和所述外电极分别在所述谐振件的两侧对置设置。
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