TWM575099U - 一種ｍｅｍｓ三軸陀螺儀 - Google Patents

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大陸商深迪半導體（上海）有限公司
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Abstract

本新型實施例公開了一種MEMS三軸陀螺儀，包括由內到外依次佈置的中央錨點、第一子質量塊、第一解耦結構、第二子質量塊和第三子質量塊。當第一子質量塊在繞第三方向的驅動模態下發生諧振時，其運動方向近似於沿第一方向運動，當第一子質量塊受到繞第二方向的角速度時，會產生沿第三方向的科氏力，在科氏力作用下第一子質量塊會產生繞第一方向的位移，由於第一解耦結構的軸也在第一方向上，因此，第一子質量塊在第一方向的檢測模態下僅有很小的一部分力傳遞到第一解耦結構上，而第一解耦結構傳遞給第二子質量塊的力也會很小，減少了第一子質量塊和第二子質量塊之間的運動干擾，從而減少了MEMS三軸陀螺儀的軸間信號串擾。

Description

一種MEMS三軸陀螺儀
本新型涉及慣性技術領域，更具體地說，涉及一種MEMS三軸陀螺儀。
MEMS(Micro Electro Mechanical System，微機電系統)三軸陀螺儀包括驅動部分和檢測部分，通過驅動部分和檢測部分的耦合作用實現對運動角速度的測量；陀螺儀處於驅動模態，當在與驅動模態運動軸向垂直的方向有角速度輸入時，由於寇里奧利效應陀螺儀在檢測軸向產生檢測模態的運動，通過測量檢測模態的位移，來實現對角速度的檢測。
傳統的MEMS三軸陀螺儀機械結構由三個獨立的X,Y,Z單軸陀螺儀構成，每個單軸陀螺儀機械結構分別包含獨立的品質塊、驅動結構和檢測結構，並且相應的ASIC電路中需要採用三套獨立的驅動電路分別驅動，從而導致三軸陀螺體積較大。
為了解決MEMS三軸陀螺儀體積較大的問題，又一種共用品質塊的MEMS三軸陀螺儀應運而生，該陀螺儀機械結構包括三組品質塊、一組驅動結構和三組檢測結構，即，使用一組驅動結構同時對X,Y,Z三個軸的對應品質塊進行驅動，該MEMS三軸陀螺儀機械結構方面節省了兩組驅動結構的面積，並且相對應的ASIC電路中也可以節省兩套驅動電路的面積。 但是，上述結構的MEMS三軸陀螺儀當驅動結構對X、Y和Z三個軸對應的品質塊進行驅動時，各軸品質塊之間存在運動干擾，從而造成了MEMS三軸陀螺儀的軸間信號串擾。
因此，如何減少軸間信號串擾，成為本領域技術人員亟待解決的技術問題。
有鑑於此，本新型所要解決的技術問題是如何減少軸間信號串擾，為此，本新型提供了一種MEMS三軸陀螺儀。
為實現上述目的，本新型提供如下技術方案：
一種MEMS三軸陀螺儀，包括由內到外依次佈置的中央錨點、第一子質量塊、第二子質量塊和第三子質量塊，其中，在驅動模態下，所述MEMS三軸陀螺儀繞第三方向諧振；在檢測模態下，所述第一子質量塊可繞第一方向的軸諧振，所述第二子質量塊可繞第二方向的軸諧振，所述第三子質量塊可沿第一方向或第二方向諧振；所述第一方向，所述第二方向和所述第三方向相互垂直；所述第一子質量塊和所述第二子質量塊之間設置有第一解耦結構，所述第一解耦結構沿第一方向對稱的連接在所述第一子質量塊上，所述第一解耦結構沿第二方向對稱的連接在所述第二子質量塊上。
優選地，上述MEMS三軸陀螺儀中，還包括設置在所述第三子質量塊與所述第二子質量塊之間的第二解耦結構，所述第二解耦結構沿第二方向y對稱的連接在所述第二子質量塊上。
優選地，上述MEMS三軸陀螺儀中，所述第一子質量塊通過在第一方向對稱的第一彈簧懸掛在中央錨點上。
優選地，上述MEMS三軸陀螺儀中，所述第一解耦結構通過在第一方向對稱的第二彈簧懸掛在所述第一子質量塊上。
優選地，上述MEMS三軸陀螺儀中，所述第二子質量塊通過在第二方向對稱的第三彈簧懸掛在所述第一解耦結構上。
優選地，上述MEMS三軸陀螺儀中，所述第二解耦結構通過在第二方向對稱的第四彈簧懸掛在所述第二子質量塊上，所述第三子質量塊通過第五彈簧懸掛在所述第二解耦結構上。
優選地，上述MEMS三軸陀螺儀中，所述第三子質量塊包括在第一方向對稱佈置或在第二方向對稱佈置的分子質量塊，所述分子質量塊的數量為偶數個。
優選地，上述MEMS三軸陀螺儀中，所述第三子質量塊在第一方向對稱佈置有兩個分子質量塊，在第二方向對稱佈置有兩個分子質量塊。
優選地，上述MEMS三軸陀螺儀中，所述第三子質量塊中的分子質量塊均對應有一個分子檢測電極，所述分子檢測電極為梳齒檢測電極。
優選地，上述MEMS三軸陀螺儀中，所述第三子質量塊中相鄰的分子質量塊通過第六彈簧相互耦合。
優選地，上述MEMS三軸陀螺儀中，所述第二解耦結構還設置有容納所述第六彈簧的凹槽。
優選地，上述MEMS三軸陀螺儀中，還包括多個周邊錨點，所述第二解耦結構通過第七彈簧與多個所述周邊錨點連接。
優選地，上述MEMS三軸陀螺儀中，所述周邊錨點的數量為四個，分別佈置在所述第二解耦結構的四角。
優選地，上述MEMS三軸陀螺儀中，所述MEMS三軸陀螺儀的驅動電極對稱的設置在所述第二解耦結構的四角，用於驅動所述第二解耦結構在第三方向繞中央錨點諧振。
優選地，上述MEMS三軸陀螺儀中，所述第二解耦結構繞第二方向的軸與所述第二子質量塊繞第二方向的軸共線。
優選地，上述MEMS三軸陀螺儀中，所述第一解耦結構繞第一方向的軸與所述第一子質量塊繞第一方向的軸共線。
優選地，上述MEMS三軸陀螺儀中，所述第一解耦結構繞第一方向的軸與所述第二解耦結構繞第二方向的軸的交點通過所述中央錨點的中心。
從上述的技術方案可以看出，採用本新型實施例中的MEMS三軸陀螺儀，當第一子質量塊在繞第三方向的驅動模態下發生諧振時，其運動方向近似於沿第一方向運動，當第一子質量塊受到繞第二方向的角速度時，會產生沿第三方向的科氏力，在科氏力作用下第一子質量塊會產生繞第一方向的位移，由於第一解耦結構的軸也在第一方向上，因此，第一子質量塊在第一方向的檢測模態下僅有很小的一部分力傳遞到第一解耦結構上，而第一解耦結構傳遞給第二子質量塊的力也會很小，減少了第一子質量塊和第二子質量塊之間的運動干擾，從而減少了MEMS三軸陀螺儀的軸間信號串擾。
為了更清楚地說明本新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
1‧‧‧第一彈簧
2‧‧‧第二彈簧
3‧‧‧第三彈簧
4‧‧‧第四彈簧
5a‧‧‧第五彈簧
5b‧‧‧第五彈簧
6‧‧‧第六彈簧
7‧‧‧第七彈簧
100‧‧‧中央錨點
200‧‧‧第一子質量塊
300‧‧‧第一解耦結構
400‧‧‧第二子質量塊
500‧‧‧第二解耦結構
600‧‧‧第三子質量塊
700‧‧‧驅動電極
800‧‧‧第三檢測電極
900‧‧‧周邊錨點
X‧‧‧第一方向
Y‧‧‧第二方向
Z‧‧‧第三方向
圖1為本新型實施例一所提供的一種MEMS三軸陀螺儀的俯視結構示意圖；圖2為本新型實施例二所提供的一種MEMS三軸陀螺儀的俯視結構示意圖；圖3為本新型實施例三所提供的一種MEMS三軸陀螺儀的俯視結構示意圖；及圖4為本新型實施例四所提供的一種MEMS三軸陀螺儀的俯視結構示意圖。
本新型的第一個核心在於提供一種MEMS三軸陀螺儀，在減少軸間信號串擾。
以下，參照附圖對實施例進行說明。此外，下面所示的實施例不對權利要求所記載的新型內容起任何限定作用。另外，下面實施例所表示的構成的全部內容不限於作為權利要求所記載的新型的解決方案所必需的。
請參閱圖1至圖4，本新型實施例的MEMS三軸陀螺儀，包括由內到外依次佈置的中央錨點100、第一子質量塊200、第二子質量塊400和第三子質量塊600，其中，在驅動模態下，MEMS三軸陀螺儀繞第三方向z諧振；在檢測模態下，第一子質量塊200可繞第一方向x的軸諧振，第二子質量塊400可繞第二方向y的軸諧振，第三子質量塊600可沿第一方向x或第二方向y諧振；第一方向x，第二方向y和第三方向z相互垂直；第一子質量塊200和第二子質量塊400之間設置有第一解耦結構300，第一解耦結構300沿第一方向對稱的連接在第一子質量塊200上，第一解耦結構300沿第二方向對稱的連接在第二子質量塊400上。
需要說明的是，第一子質量塊200對應第一方向x的檢測模態，第二子質量塊400對應第二方向y的檢測模態，第三子質量塊600對應第三方向z的檢測模態。在驅動模態下，整個MEMS三軸陀螺儀繞第三方向z諧振；第一子質量塊200運動方向近似於沿第一方向x運動，第二子質量塊400運動方向近似於沿第二方向y運動，第三子質量塊600運動方向近似於沿第一方向x或第二方向y運動。
第一子質量塊200在繞第三方向的驅動模態下發生諧振時，其運動方向近似於沿第一方向x運動，當第一子質量塊200檢測到繞第二方向y的角速度時，第一子質量塊200產生第三方向z的科氏力，第一子質量塊200會產生繞第一方向x轉動的位移，通過第一子質量塊200對應的第一子檢測電極檢測該位移可表徵第二方向y的角速度；第二子質量塊400在繞第三方向的驅動模態下發生諧振時，其運動方向近似於沿第二方向y運動，當第二子質量塊400檢測到繞第一方向x的角速度時，第二子質量塊400產生第三方向 z的科氏力，第二子質量塊400會產生繞第二方向y轉動的位移，通過第二子質量塊400對應的第二子檢測電極檢測該位移可以表徵第一方向x的角速度；第三子質量塊600在繞第三方向的驅動模態下發生諧振時，第三子質量塊600運動方向近似於沿第二方向y或第一方向x運動。當第三子質量塊600檢測到繞第三方向z的角速度時，第三子質量塊600產生第一方向x的科氏力，第三子質量塊600會產生沿第一方向x的位移；或者第三子質量塊600產生第二方向y的科氏力，第三子質量塊600會產生沿第二方向y的位移，通過第三子質量塊600對應的第三子檢測電極檢測該位移可以表徵第三方向z的角速度。
本新型實施例中的MEMS三軸陀螺儀通過設置第一解耦結構300，使得第一子質量塊200在第一方向x的檢測模態下有很少的作用力傳遞給第一解耦結構300，從而達到第一子質量塊200與第二子質量塊400之間的解耦；第二子質量塊400在第二方向y的檢測模態下有很少的作用力傳遞給第一解耦結構300，從而達到第二子質量塊400與第一子質量塊200之間的解耦。具體的，當第一子質量塊200在繞第三方向z的驅動模態下發生諧振時，運動方向近似於沿第一方向x，此時若受到繞第二方向y的角速度，第一子質量塊200會受沿第三方向z的科氏力，第一子質量塊200會產生繞第一方向x的位移，由於第一解耦結構300在第一方向對稱的連接在第一子質量塊200上，因此，第一子質量塊200在第一方向x的檢測模態下僅有很小的一部分力傳遞到第一解耦結構300上，而第一解耦結構300傳遞給第二子質量塊400的力也會很小，減少了第一子質量塊200與第二子質量塊400之間的運動干擾，從而減少了MEMS三軸陀螺儀的軸間信號串擾。
反之，當第二子質量塊400在繞第三方向z的驅動模態下發生諧振時，運動方向近似於沿第二方向y，此時若受到繞第一方向x的角速度，第二子質量塊400會受沿第三方向z的科氏力，第二子質量塊400會產生繞第二方向y的位移，由於第一解耦結構300在第二方向對稱的安裝在第二子質量塊400上，因此，第二子質量塊400在第二方向y檢測模態下僅有很小的一部分力傳遞到第一解耦結構300上，而第一解耦結構300傳遞給第一子質量塊200的力也會很小，減少了第二子質量塊400與第一子質量塊200之間的運動干擾，從而減少了MEMS三軸陀螺儀的軸間信號串擾。
實現檢測上述各方向的位移有很多種，在本新型實施例中，第一子質量塊200對應有第一子檢測電極，第二子質量塊400對應有第二子檢測電極，第三子質量塊600對應有第三子檢測電極800，其中，第一子檢測電極與第一子質量塊200沿第三方向z佈置，第二子檢測電極與第二子質量塊400沿第三方向z佈置。第三子質量塊600對應的第三子檢測電極與第三子質量塊600在第一方向x和第二方向y確定的平面內。
上述第一子質量塊200具有繞第一方向x旋轉的軸，第一解耦結構300具有繞第一方向x旋轉的軸，當第一子質量塊200具有繞第一方向x旋轉的軸與第一解耦結構300具有繞第一方向x旋轉的軸共線(重合)時，第一子質量塊200通過第二彈簧2傳遞給第一解耦結構300的力可忽略不計，第一解耦結構300通過第三彈簧3傳遞給第二子質量塊400的力更小，採用此種佈置形式可完全達到第一子質量塊200與第二子質量塊400的機械解耦以及第二子質量塊400與第一子質量塊200的機械解耦。
為了進一步減少軸間信號串擾，該MEMS三軸陀螺儀中，在第三子質量塊600與第二子質量塊400之間設置有第二解耦結構500，該第二解耦結構500沿第二方向y對稱的連接在第二子質量塊400上。通過設置第二解耦結構500，使得第二子質量塊400在第二方向x的檢測模態下有很少的作用力傳遞給第二解耦結構500，從而達到第二子質量塊400與第三子質量塊600之間的解耦；第三子質量塊600在第三方向y的檢測模態下有很少的作用力傳遞給第二解耦結構500，從而達到第三子質量塊600與第二子質量塊400之間的解耦。
具體的，當第二子質量塊400在繞第三方向z的驅動模態下發生諧振時，運動方向近似於沿第二方向y，此時若受到繞第一方向x的角速度，第二子質量塊400會受沿第三方向z的科氏力，第二子質量塊400會產生繞第二方向y的位移，由於第二解耦結構500在第二方向y對稱的連接在第二子質量塊400上，因此，第二子質量塊400在第二方向y的檢測模態下僅有很小的一部分力傳遞到第二解耦結構500上，而第二解耦結構500傳遞給第三子質量塊600的力也會很小，減少了第二子質量塊400與第三子質量塊600之間的運動干擾，從而減少了MEMS三軸陀螺儀的軸間信號串擾。
反之，當第三子質量塊600在繞第三方向z的驅動模態下發生諧振時，運動方向近似於沿第二方向y運動此時若受到繞第三方向z的角速度，第三子質量塊600會受沿第一方向x的科氏力，第三子質量塊600會產生沿第一方向x的位移，由於第二解耦結構500與第三子質量塊600之間沿第一方向x的剛度較小，因此，第三子質量塊600在第一運動方向x檢測模態下，第二解耦結構500與第三子質量塊600較易發生形變而吸收大部分能量，僅有很 小的一部分力傳遞到第二解耦結構500上，而第二解耦結構500傳遞給第二子質量塊400的力也會很小，減少了第三子質量塊600與第二子質量塊400之間的運動干擾，從而減少了MEMS三軸陀螺儀的軸間信號串擾。
或者，當第三子質量塊600在繞第三方向z的驅動模態下發生諧振時，運動方向近似於沿第一方向x，此時若受到繞第三方向z的角速度，第三子質量塊600會受沿第二方向y的科氏力，第三子質量塊600會產生沿第二方向y的位移，由於第二解耦結構500與第三子質量塊之間被配置為沿第二方向y的剛度較小，因此，第三子質量塊600在沿第二方向y的檢測模態下，第二解耦結構500與第三子質量塊600之間較易發生形變而吸收大部分能量，僅有很小的一部分力傳遞到第二解耦結構500上，而第二解耦結構500通過傳遞給第二子質量塊400的力也會很小，減少了第三子質量塊600與第二子質量塊400之間的運動干擾，從而減少了MEMS三軸陀螺儀的軸間信號串擾。
上述第二子質量塊400具有繞第二方向y旋轉的軸，第二解耦結構500具有繞第二方向y旋轉的軸，當第二子質量塊400具有繞第二方向y旋轉的軸與第二解耦結構500具有繞第二方向y旋轉的軸共線(重合)時，第二子質量塊400通過第四彈簧4傳遞給第二解耦結構500的力可忽略不計，第二解耦結構500通過第五彈簧傳遞給第三子質量塊600的力更小，採用此種佈置形式可完全達到第二子質量塊400與第三子質量塊600的機械解耦以及第三子質量塊600與第二子質量塊400的機械解耦。
為了進一步優化上述方案，第一解耦結構300繞第一方向x的軸與第二解耦結構500繞第二方向y的軸的交點通過中央錨點100的中心。
本新型實施例中實現第一子質量塊與中央錨點，第一解耦結構與第一子質量塊，第一解耦結構與第二子質量塊，第二子質量塊與第二解耦結構，第二解耦結構與第三子質量塊之間的連接方式為常規的連接形式，均通過彈簧連接，該彈簧可以為彈性梁或者折疊梁。
第一子質量塊200通過在第一方向x對稱的第一彈簧1懸掛在中央錨點100上；進一步的，第一解耦結構300通過在第一方向x對稱的第二彈簧2懸掛在第一子質量塊200上；進一步的，第二子質量塊400通過在第二方向y對稱的第三彈簧3懸掛在第一解耦結構300上。
第二解耦結構500通過在第二方向y對稱的第四彈簧4懸掛在第二子質量塊400上，第三子質量塊600通過第五彈簧懸掛在第二解耦結構500上。
由於第三子質量塊600在繞第三方向的驅動模態下發生諧振時，第三子質量塊600運動方向近似於沿第二方向y或第一方向x運動。若第三子質量塊600在檢測到繞第三方向z的角速度時，會受到沿第一方向x的科氏力或者第二方向y的科氏力，為此，本新型實施例中第三子質量塊600包括在第一方向x對稱佈置或在第二方向y對稱佈置的分子質量塊，分子質量塊的數量為偶數個，每個分子質量塊通過第五彈簧懸掛在第二解耦結構500上。位於左右的兩個分子質量塊通過第五彈簧5a懸掛在第二解耦結構500上，位於上下的分子質量塊通過第五彈簧5b懸掛在第二解耦結構500上。第三子質量塊600中的分子質量塊均對應有一個分子檢測電極，分子檢測電極為梳齒檢測電極。
第三子質量塊600中相鄰的分子質量塊通過第六彈簧6相互耦合，能夠進一步確保了振動頻率，幅度的一致性，減少了對加工工藝一致性的依賴，並且增強了對外界衝擊的抵抗力。為了減小佔用面積，第二解耦結構500還設置有容納第六彈簧6的凹槽。
另外，本新型實施例中除了具有中央錨點100外，還可以設置有周邊錨點900，其中中央錨點100以及周邊錨點900的作用均連接基底，且在驅動電極700驅動整個MEMS三軸陀螺儀繞第三方向z諧振時，中央錨點100以及周邊錨點900均不動。中央錨點100佈置在MEMS三軸陀螺儀的中心位置，周邊錨點900位於中央錨點100的四周，周邊錨點900的數量為多個，多個周邊錨點900對稱佈置。
實施例一
參閱圖1，在該實施例中，該MEMS三軸陀螺儀包括中央錨點100、第一子質量塊200、第一解耦結構300、第二子質量塊400、第二解耦結構500和第三子質量塊600，第三子質量塊600包括在第一方向x對稱佈置有兩個分子質量塊，該兩個分子質量塊通過第五彈簧5a懸掛在第二解耦結構500上。
第一子質量塊200通過第一彈簧1連接至中央錨點100，第一子質量塊200通過第二彈簧2連接至環繞其周的第一解耦結構300，第一解耦結構300通過第三彈簧3連接第二子質量塊400，第二子質量塊400通過第四彈簧4連接第二解耦結構500，第二解耦結構500通過第五彈簧連接第三子質量塊600。
第一彈簧1和第二彈簧2在繞第一方向x的剛度小，使得第一子質量塊200繞第一方向x轉動，第三彈簧3在繞第一方向x的剛度大，第一解耦結構300不隨第二子質量塊400在第一方向x轉動。
第三彈簧3和第四彈簧4在繞第二方向y的剛度小，使得第二子質量塊400繞第二方向y轉動。第五彈簧5a在繞第二方向y的剛度大，第二解耦結構500不會隨第二子質量塊400在第二方向y轉動。
第五彈簧5a在沿第一方向x的剛度小，使第三子質量塊600中的左右兩分子質量塊容易沿第一方向x運動。
驅動模態下，驅動電極700驅動第二解耦結構500繞第三方向z的軸諧振，通過相連的彈簧依次帶動各品質塊繞第三方向z的軸諧振；當MEMS三軸陀螺儀受繞第二方向y的角速度時，第一子質量塊200受沿第三方向z的科氏力，第一子質量塊200繞第一方向x產生位移，通過檢測該位移表徵繞第二方向y的角速度。
當MEMS三軸陀螺儀受繞第一方向x的角速度時，第二子質量塊400受沿第三方向z的科氏力，第二子質量塊400繞第二方向y產生位移，通過檢測該位移表徵繞第一方向x的角速度。
當MEMS三軸陀螺儀受繞第三方向z的角速度時，第三子質量塊600中的左右兩個分子質量塊受沿第一方向x的科氏力，該兩個分子質量塊產生沿第一方向x的位移，通過檢測該位移表徵繞第三方向z的角速度。
實施例二
請參閱圖2，在該實施例中，該MEMS三軸陀螺儀包括中央錨點100、第一子質量塊200、第一解耦結構300、第二子質量塊400、第二解耦 結構500和第三子質量塊600，第三子質量塊600包括在第二方向y對稱佈置有兩個分子質量塊，該兩個分子質量塊通過第五彈簧5b懸掛在第二解耦結構500上。
第一子質量塊200通過第一彈簧1連接至中央錨點100，第一子質量塊200通過第二彈簧2連接至環繞其周的第一解耦結構300，第一解耦結構300通過第三彈簧3連接第二子質量塊400，第二子質量塊400通過第四彈簧4連接第二解耦結構500，第二解耦結構500通過第五彈簧5b連接第三子質量塊600。
第一彈簧1和第二彈簧2在繞第一方向x的剛度小，使得第一子質量塊200繞第一方向x轉動，第三彈簧3在繞第一方向x剛度大，第一解耦結構300不隨第二子質量塊400在第一方向x轉動。
第三彈簧3和第四彈簧4在繞第二方向y的剛度小，使得第二子質量塊400繞第二方向y轉動。第五彈簧5b在繞第二方向y的剛度大，第二解耦結構500不會隨第二子質量塊400在第二方向y轉動。
第五彈簧5b在沿第二方向y的剛度小，使第三子質量塊600中的上下兩分子質量塊容易沿第二方向y運動。
驅動模態下，驅動電極700驅動第二解耦結構500繞第三方向z的軸諧振，通過相連的彈簧依次帶動各品質塊繞第三方向z的軸諧振。
當MEMS三軸陀螺儀受繞第二方向y的角速度時，第一子質量塊200受沿第三方向z的科氏力，第一子質量塊200在繞第一方向x產生位移，通過檢測該位移表徵第二方向y的角速度。
當MEMS三軸陀螺儀受繞第一方向x的角速度時，第二子質量塊400受沿第三方向z的科氏力，第二子質量塊400在繞第二方向y產生位移，通過檢測該位移表徵第一方向x的角速度。
當MEMS三軸陀螺儀受繞第三方向z的角速度時，第三子質量塊600中的上下兩個分子質量塊受沿第二方向y的科氏力，該兩個分子質量塊產生沿第二方向y的位移，通過檢測該位移表徵第三方向z的角速度。
實施例三
參閱圖3，在該實施例中，該MEMS三軸陀螺儀包括中央錨點100、第一子質量塊200、第一解耦結構300、第二子質量塊400、第二解耦結構500和第三子質量塊600，第三子質量塊600包括在第一方向x對稱佈置有兩個分子質量塊和在第二方向y對稱佈置有兩個分子質量塊，該四個分子質量塊通過第五彈簧懸掛在第二解耦結構500上，四個分子質量塊之間通過第六彈簧6相互耦合。
第一子質量塊200通過第一彈簧1連接至中央錨點100，第一子質量塊200通過第二彈簧2連接至環繞其周的第一解耦結構300，第一解耦結構300通過第三彈簧3連接第二子質量塊400，第二子質量塊400通過第四彈簧4連接第二解耦結構500，左右兩個分子質量塊通過第五彈簧5a連接在第二解耦結構500上，第三子質量塊600中的上下兩個分子質量塊通過第五彈簧5b連接在第二解耦結構500上。
第一彈簧1和第二彈簧2在繞第一方向x的剛度小，使得第一子質量塊200繞第一方向x轉動，第三彈簧3在繞第一方向x的剛度大，第一解耦結構300不隨第二子質量塊400在第一方向x轉動。
第三彈簧3和第四彈簧4在繞第二方向y的剛度小，使得第二子質量塊400繞第二方向y轉動。第五彈簧在繞第二方向y的剛度大，第二解耦結構500不會隨第二子質量塊400在第二方向y轉動。
連接左右兩個分子質量塊的第五彈簧5a在沿第一方向x的剛度小，使第三子質量塊600中的左右兩分子質量塊容易沿第一方向x運動。
連接上下兩個分子質量塊的第五彈簧5b在沿第二方向y的剛度小，使第三子質量塊600中的上下兩分子質量塊容易沿第二方向y運動。
驅動模態下，驅動電極700驅動第二解耦結構500繞第三方向z的軸諧振，通過相連的彈簧依次帶動各品質塊繞第三方向z的軸諧振；當MEMS三軸陀螺儀受繞第二方向y的角速度時，第一子質量塊200受沿第三方向z的科氏力，第一子質量塊200在繞第一方向x產生位移，通過檢測該位移表徵第二方向y的角速度。
當MEMS三軸陀螺儀受繞第一方向x的角速度時，第二子質量塊400受沿第三方向z的科氏力，第二子質量塊400在繞第二方向y產生位移，通過檢測該位移表徵第一方向x的角速度。
當MEMS三軸陀螺儀受繞第三方向z的角速度時，第三子質量塊600中的左右兩個分子質量塊受沿第一方向x的科氏力，該兩個分子質量塊產生沿第一方向x的位移；第三子質量塊600中的上下兩個分子質量塊受沿第二方向y的科氏力，該兩個分子質量塊產生沿第二方向y的位移，以上四個子質量塊通過第六彈簧6相互耦合，通過檢測它們的位移表徵第三方向的角速度。
實施例四
參閱圖4，在該實施例中，該MEMS三軸陀螺儀包括中央錨點100、四個周邊錨點900、第一子質量塊200、第一解耦結構300、第二子質量塊400、第二解耦結構500和第三子質量塊600，第三子質量塊600包括在第一方向x對稱佈置有兩個分子質量塊和在第二方向y對稱佈置有兩個分子質量塊，左右兩個分子質量塊通過第五彈簧5a連接在第二解耦結構500上，第三子質量塊600中的上下兩個分子質量塊通過第五彈簧5b連接在第二解耦結構500上，四個分子質量塊之間通過第六彈簧6相互耦合。
第一子質量塊200通過第一彈簧1連接至中央錨點100，第一子質量塊200通過第二彈簧2連接至環繞其周的第一解耦結構300，第一解耦結構300通過第三彈簧3連接第二子質量塊400，第二子質量塊400通過第四彈簧4連接第二解耦結構500，第二解耦結構500通過第五彈簧連接第三子質量塊600，第二解耦結構500通過第七彈簧7連接在周邊錨點900上。周邊錨點900的數量為四個，分別佈置在第二解耦結構500的四角。
MEMS三軸陀螺儀的驅動電極700對稱的設置在第二解耦結構500的四角，用於驅動第二解耦結構500在第三方向z繞中央錨點100諧振。
第一彈簧1和第二彈簧2在繞第一方向x的剛度小，使得第一子質量塊200繞第一方向x轉動，第三彈簧3在繞第一方向x的剛度大，第一解耦結構300不隨第二子質量塊400在第一方向x轉動。
第三彈簧3和第四彈簧4在繞第二方向y的剛度小，使得第二子質量塊400繞第二方向y轉動。第五彈簧在繞第二方向y的剛度大，第二解耦結構500不會隨第二子質量塊400在第二方向y轉動。
連接左右兩個分子質量塊的第五彈簧5a在沿第一方向x剛度小，使第三子質量塊600中的左右兩分子質量塊容易沿第一方向x運動。
連接上下兩個分子質量塊的第五彈簧5b在沿第二方向y剛度小，使第三子質量塊600中的上下兩分子質量塊容易沿第二方向y運動。
第一彈簧1和第七彈簧7在繞第三方向z剛度較小，形成整個可動子質量塊繞第三方向z在第一方向x和第二方向y內往復轉動的驅動模態。
驅動模態下，驅動電極700驅動第二解耦結構500繞第三方向z的軸諧振，並通過相連的彈簧依次帶動各質量塊繞第三方向z的軸諧振；當MEMS三軸陀螺儀受繞第二方向y的角速度時，第一子質量塊200受沿第三方向z的科氏力，第一子質量塊200在繞第一方向x產生位移，通過檢測該位移表徵第二方向y的角速度。
當MEMS三軸陀螺儀受繞第一方向x的角速度時，第二子質量塊400受沿第三方向z的科氏力，第二子質量塊400在繞第二方向y產生位移，通過檢測該位移表徵第一方向x的角速度。
當MEMS三軸陀螺儀受繞第三方向z的角速度時，第三子質量塊600中的左右兩個分子質量塊受沿第一方向x的科氏力，該兩個分子質量塊產生沿第一方向x的位移；第三子質量塊600中的上下兩個分子質量塊受沿第二方向y的科氏力，該兩個分子質量塊產生沿第二方向y的位移，以上四個子質量塊通過第六彈簧6相互耦合，通過檢測它們的位移表徵第三方向z的角速度。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將 是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本新型的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。

Claims (17)

  1. 一種MEMS三軸陀螺儀，包括由內到外依次佈置的中央錨點、第一子質量塊、第二子質量塊和第三子質量塊，其中，在驅動模態下，所述MEMS三軸陀螺儀繞第三方向諧振；在檢測模態下，所述第一子質量塊可繞第一方向諧振，所述第二子質量塊可繞第二方向諧振，所述第三子質量塊可沿第一方向或第二方向諧振；所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向相互垂直；其特徵在於，所述第一子質量塊和所述第二子質量塊之間設置有第一解耦結構，所述第一解耦結構沿第一方向對稱的連接在所述第一子質量塊上，所述第一解耦結構沿第二方向對稱的連接在所述第二子質量塊上。
  2. 如請求項1所述的MEMS三軸陀螺儀，還包括設置在所述第三子質量塊與所述第二子質量塊之間的第二解耦結構，所述第二解耦結構沿第二方向對稱的連接在所述第二子質量塊上。
  3. 如請求項2所述的MEMS三軸陀螺儀，其中，所述第一子質量塊通過在第一方向對稱的第一彈簧懸掛在中央錨點上。
  4. 如請求項3所述的MEMS三軸陀螺儀，其中，所述第一解耦結構通過在第一方向對稱的第二彈簧懸掛在所述第一子質量塊上。
  5. 如請求項4所述的MEMS三軸陀螺儀，其中，所述第二子質量塊通過在第二方向對稱的第三彈簧懸掛在所述第一解耦結構上。
  6. 如請求項5所述的MEMS三軸陀螺儀，其中，所述第二解耦結構通過在第二方向對稱的第四彈簧懸掛在所述第二子質量塊上，所述第三子質量塊通過第五彈簧懸掛在所述第二解耦結構上。
  7. 如請求項6所述的MEMS三軸陀螺儀，其中，所述第三子質量塊包括在第一方向對稱佈置或在第二方向對稱佈置的分子質量塊，所述分子質量塊的數量為偶數個。
  8. 如請求項7所述的MEMS三軸陀螺儀，其中，所述第三子質量塊在第一方向對稱佈置有兩個所述分子質量塊，在第二方向對稱佈置有兩個所述分子質量塊。
  9. 如請求項7所述的MEMS三軸陀螺儀，其中，所述第三子質量塊中的所述分子質量塊均對應有一個分子檢測電極，所述分子檢測電極為梳齒檢測電極。
  10. 如請求項7所述的MEMS三軸陀螺儀，其中，所述第三子質量塊中相鄰的所述分子質量塊通過第六彈簧相互耦合。
  11. 如請求項10所述的MEMS三軸陀螺儀，其中，所述第二解耦結構還設置有容納所述第六彈簧的凹槽。
  12. 如請求項5所述的MEMS三軸陀螺儀，還包括多個周邊錨點，所述第二解耦結構通過第七彈簧與多個所述周邊錨點連接。
  13. 如請求項12所述的MEMS三軸陀螺儀，其中，所述周邊錨點的數量為四個，分別佈置在所述第二解耦結構的四角。
  14. 如請求項2所述的MEMS三軸陀螺儀，其中，所述MEMS三軸陀螺儀的驅動電極對稱的設置在所述第二解耦結構的四角，用於驅動所述第二解耦結構在第三方向繞中央錨點諧振。
  15. 如請求項2所述的MEMS三軸陀螺儀，其中，所述第二解耦結構繞第二方向的軸與所述第二子質量塊繞第二方向的軸共線。
  16. 如請求項15所述的MEMS三軸陀螺儀，其中，所述第一解耦結構繞第一方向的軸與所述第一子質量塊繞第一方向的軸共線。
  17. 如請求項16所述的MEMS三軸陀螺儀，其中，所述第一解耦結構繞第一方向的軸與所述第二解耦結構繞第二方向的軸的交點通過所述中央錨點的中心。
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