一種單軸mems電容式陀螺儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種單軸MEMS電容式陀螺儀，包括扭動(dòng)質(zhì)量塊、平動(dòng)質(zhì)量塊、各錨點(diǎn)和驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)以及敏感電容組，其中電容組的固定和可動(dòng)梳齒具有沿z軸方向的高低差；驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)電容組的固定梳齒通過(guò)相應(yīng)錨點(diǎn)固定在基底上，可動(dòng)梳齒與平動(dòng)質(zhì)量塊連接；敏感電容組的固定梳齒通過(guò)敏感錨點(diǎn)固定在基底上，可動(dòng)梳齒通過(guò)外周彈性梁與扭動(dòng)質(zhì)量塊連接；平動(dòng)質(zhì)量塊的一端通過(guò)彈性梁與相應(yīng)錨點(diǎn)相連接，其另一端通過(guò)彈性梁連接扭動(dòng)質(zhì)量塊；位于扭動(dòng)質(zhì)量塊中心位置處的中心錨點(diǎn)通過(guò)中部彈性梁與扭動(dòng)質(zhì)量塊相連接。本實(shí)用新型涉及的陀螺儀具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)于單向運(yùn)動(dòng)的角速度測(cè)量結(jié)果誤差較小的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種單軸MEMS電容式陀螺儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及MEMS陀螺儀，尤其涉及一種單軸MEMS電容式陀螺儀。
【背景技術(shù)】
[0002]MEMS (Micro Electro Mechanical System,微機(jī)電系統(tǒng))陀螺儀體積小、成本低、集成性好，已得以越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，如在移動(dòng)終端、相機(jī)防抖、游戲手柄、玩具飛機(jī)、導(dǎo)航等產(chǎn)品中。但是，現(xiàn)在市面上的MEMS陀螺儀結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其測(cè)量結(jié)果存在較大誤差，抗震性能比較差。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提出一種單軸MEMS電容式陀螺儀，以解決現(xiàn)有陀螺儀應(yīng)用在運(yùn)動(dòng)方向單一的產(chǎn)品中，存在測(cè)量結(jié)果誤差偏大的問(wèn)題。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提出了一種單軸MEMS電容式陀螺儀，包括扭動(dòng)質(zhì)量塊、平動(dòng)質(zhì)量塊、驅(qū)動(dòng)電容組，檢測(cè)電容組，敏感電容組，錨點(diǎn)以及彈性梁，定義以扭動(dòng)質(zhì)量塊的中心為原點(diǎn)的笛卡爾坐標(biāo)系的X軸的正向指向右側(cè)，y軸的正向指向上側(cè)，其中所述各電容組包括固定梳齒和可動(dòng)梳齒，并且各電容組的固定梳齒和可動(dòng)梳齒具有沿z軸方向的聞低差；
[0005]所述各電容組包括至少一對(duì)驅(qū)動(dòng)電容組、至少一對(duì)檢測(cè)電容組和至少一對(duì)敏感電容組，每對(duì)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電容組的固定梳齒分別通過(guò)與所述驅(qū)動(dòng)電容組相對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)錨點(diǎn)固定在基底上，所述驅(qū)動(dòng)電容組的可動(dòng)梳齒分別連接至與該驅(qū)動(dòng)電容組相對(duì)應(yīng)的平動(dòng)質(zhì)量塊的外側(cè)壁，所述驅(qū)動(dòng)錨點(diǎn)被配置為一對(duì)驅(qū)動(dòng)電極；
[0006]每對(duì)兩個(gè)檢測(cè)電容組的固定梳齒分別通過(guò)與所述檢測(cè)電容組相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)錨點(diǎn)固定在所述基底上，所述檢測(cè)電容組的可動(dòng)梳齒分別連接至與該檢測(cè)電容組相對(duì)應(yīng)的平動(dòng)質(zhì)量塊的外側(cè)壁，所述檢測(cè)錨點(diǎn)被配置為一對(duì)檢測(cè)電極；
[0007]每對(duì)兩個(gè)敏感電容組的固定梳齒分別通過(guò)與所述敏感電容組相對(duì)應(yīng)的敏感錨點(diǎn)固定在所述基底上，所述敏感電容組的可動(dòng)梳齒通過(guò)外周彈性梁與扭動(dòng)質(zhì)量塊連接，所述敏感電容組的可動(dòng)梳齒還通過(guò)固定彈性梁與各固定錨點(diǎn)連接，所述敏感錨點(diǎn)被配置為一對(duì)敏感電極；以及，
[0008]位于扭動(dòng)質(zhì)量塊中心位置處的中心錨點(diǎn)通過(guò)中部彈性梁與扭動(dòng)質(zhì)量塊相連接，平動(dòng)質(zhì)量塊的一側(cè)通過(guò)第一彈性梁與扭動(dòng)質(zhì)量塊相連接，平動(dòng)質(zhì)量塊的另外一側(cè)通過(guò)第二彈性梁連接到與之對(duì)應(yīng)的錨點(diǎn)。
[0009]本實(shí)用新型的該方案的有益效果在于本實(shí)用新型涉及的陀螺儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)于單向運(yùn)動(dòng)的角速度測(cè)量結(jié)果誤差較小，抗震性能好。
[0010]優(yōu)選的是，平動(dòng)質(zhì)量塊位于扭動(dòng)質(zhì)量塊的左右兩側(cè)關(guān)于I軸對(duì)稱設(shè)置。
[0011]優(yōu)選的是，所述電容組包括兩對(duì)驅(qū)動(dòng)電容組，兩對(duì)驅(qū)動(dòng)電容組關(guān)于X軸對(duì)稱設(shè)置，每對(duì)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電容組關(guān)于y軸對(duì)稱設(shè)置，及每對(duì)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電容組與平動(dòng)質(zhì)量塊的連接位置關(guān)于I軸對(duì)稱。
[0012]優(yōu)選的是，所述驅(qū)動(dòng)錨點(diǎn)在X軸上關(guān)于y軸對(duì)稱設(shè)置。
[0013]優(yōu)選的是，所述電容組包括兩對(duì)檢測(cè)電容組，每對(duì)檢測(cè)電容組關(guān)于y軸對(duì)稱設(shè)置，兩對(duì)檢測(cè)電容組關(guān)于X軸對(duì)稱設(shè)置，在分別與所述檢測(cè)電容組中的固定梳齒相連接的檢測(cè)錨點(diǎn)中，處于對(duì)角線位置的檢測(cè)錨點(diǎn)相連接形成一對(duì)檢測(cè)電極。
[0014]優(yōu)選的是，所述電容組包括兩對(duì)敏感電容組，每對(duì)敏感電容組關(guān)于X軸對(duì)稱設(shè)置，兩對(duì)敏感電容組關(guān)于y對(duì)稱設(shè)置，在分別與所述敏感電容組中的固定梳齒相連接的敏感錨點(diǎn)中，處于對(duì)角線位置的敏感錨點(diǎn)相連接形成一對(duì)敏感電極。
[0015]優(yōu)選的是，所述固定錨點(diǎn)設(shè)置于單軸微機(jī)電系統(tǒng)陀螺儀的四個(gè)邊角處。
[0016]優(yōu)選的是，所述固定彈性梁在X軸方向的剛度小于I軸和z軸方向的剛度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1示出了本實(shí)用新型所涉及的單軸MEMS電容式陀螺儀整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2示出了本實(shí)用新型所涉及的單軸MEMS電容式陀螺儀驅(qū)動(dòng)電容組可動(dòng)梳齒與固定梳齒的截面圖。
[0019]圖3示出了本實(shí)用新型所涉及的單軸MEMS電容式陀螺儀中扭動(dòng)質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)狀態(tài)圖。
[0020]圖4示出了本實(shí)用新型所涉及的單軸MEMS電容式陀螺儀中驅(qū)動(dòng)電路的原理圖。
[0021]圖5示出了現(xiàn)有技術(shù)中陀螺儀的局部結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0023]現(xiàn)以設(shè)置兩對(duì)驅(qū)動(dòng)電容組Cl、兩對(duì)檢測(cè)電容組C2和兩對(duì)敏感電容組C3為實(shí)施例說(shuō)明本實(shí)用新型的單軸微機(jī)電系統(tǒng)電容式陀螺儀的具體結(jié)構(gòu)。定義以扭動(dòng)質(zhì)量塊ml的中心為原點(diǎn)的笛卡爾坐標(biāo)系的X軸方向?yàn)樽?、右方向，y軸方向?yàn)樯稀⑾路较?，至少?qū)動(dòng)電容組和檢測(cè)電容組的固定梳齒和可動(dòng)梳齒具有沿z軸方向的聞低差,如圖1所不，扭動(dòng)質(zhì)量塊ml及其兩側(cè)的平動(dòng)質(zhì)量塊m2, m3的四周分布有錨點(diǎn),錨點(diǎn)與扭動(dòng)質(zhì)量塊ml及左右平動(dòng)質(zhì)量塊m2, m3之間的區(qū)域?yàn)橛糜谠O(shè)置各類電容組的電容組設(shè)置區(qū)，電容組設(shè)置區(qū)包括分別位于扭動(dòng)質(zhì)量塊左、右側(cè)的左、右電容組設(shè)置區(qū)和扭動(dòng)質(zhì)量塊上、下側(cè)的上、下電容組設(shè)置區(qū)。其中平動(dòng)質(zhì)量塊m2包括平動(dòng)質(zhì)量塊m21和m22,平動(dòng)質(zhì)量塊m3包括平動(dòng)質(zhì)量塊m31和m32,所述四個(gè)平動(dòng)質(zhì)量塊m21，m22, m31和m32完全一樣且m21和m22，m31和m32關(guān)于x軸對(duì)稱設(shè)置，m21和m31，m22和m32關(guān)于y軸對(duì)稱設(shè)置。每對(duì)驅(qū)動(dòng)電容組的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電容組Cl分別設(shè)置在左、右電容組設(shè)置區(qū)內(nèi)，位于左電容組設(shè)置區(qū)內(nèi)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電容組Cl I和C12的固定梳齒通過(guò)左驅(qū)動(dòng)錨點(diǎn)Ia固定在陀螺儀的基底上，可動(dòng)梳齒分別與平動(dòng)質(zhì)量塊m21和m22的左側(cè)壁連接；位于右電容組設(shè)置區(qū)內(nèi)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電容組C13和C14的固定梳齒通過(guò)右驅(qū)動(dòng)錨點(diǎn)Ib固定在所述基底上，可動(dòng)梳齒分別與平動(dòng)質(zhì)量塊m31和m32的右側(cè)壁連接；左、右驅(qū)動(dòng)錨點(diǎn)la、lb作為一對(duì)驅(qū)動(dòng)電極用于接收外圍電路提供的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0024]每對(duì)檢測(cè)電容組的兩個(gè)檢測(cè)電容組分設(shè)在左、右電容組設(shè)置區(qū)內(nèi)，位于左電容組設(shè)置區(qū)內(nèi)的第一、第二檢測(cè)電容組C21、C22的固定梳齒分別通過(guò)第一、第二檢測(cè)錨點(diǎn)2al、2bI固定在所述基底上，可動(dòng)梳齒分別與平動(dòng)質(zhì)量塊m21和m22的左側(cè)壁連接；位于右電容組設(shè)置區(qū)內(nèi)的第三、第四檢測(cè)電容組C23、C24的固定梳齒分別通過(guò)第三、第四檢測(cè)錨點(diǎn)2a2、2b2固定在所述基底上，可動(dòng)梳齒分別與平動(dòng)質(zhì)量塊m31和m32的右側(cè)壁連接，其中，第一、第三檢測(cè)錨點(diǎn)2al、2a2連接在一起，構(gòu)成一個(gè)檢測(cè)電極，第二、第四檢測(cè)錨點(diǎn)2b1、2b2連接在一起構(gòu)成另一個(gè)檢測(cè)電極，使四個(gè)檢測(cè)電容組C2形成差動(dòng)連接，如圖4所示，兩個(gè)檢測(cè)電極用于將檢測(cè)電容組C2的電容變化信號(hào)反饋給一對(duì)驅(qū)動(dòng)電極，即反饋給驅(qū)動(dòng)電容組Cl，以通過(guò)改變外加電壓大小，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電容組Cl的振動(dòng)幅度，在此，電容變化信號(hào)可經(jīng)過(guò)電荷放大電路再反饋給一對(duì)驅(qū)動(dòng)電極。以上的與平動(dòng)質(zhì)量塊m2和m3連接的可動(dòng)梳齒將隨平動(dòng)質(zhì)量塊m2和m3運(yùn)動(dòng)，連接于同一錨點(diǎn)上的電容組相當(dāng)于進(jìn)行并聯(lián)連接，并聯(lián)連接的電容組具有相同的電容變化趨勢(shì)，比如，在結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中，并聯(lián)連接的電容組的電容值會(huì)同時(shí)增加或減少。
[0025]位于平動(dòng)質(zhì)量塊m2和m3外側(cè)的錨點(diǎn)6通過(guò)彈性梁b4與平動(dòng)質(zhì)量塊m2和m3相連接。平動(dòng)質(zhì)量塊m2和m3通過(guò)彈性梁b5與扭動(dòng)質(zhì)量塊ml相連接。
[0026]位于扭動(dòng)質(zhì)量塊ml中心位置處的中心錨點(diǎn)3通過(guò)中部彈性梁bl與扭動(dòng)質(zhì)量塊ml相連接。
[0027]每對(duì)敏感電容組的兩個(gè)敏感電容組分設(shè)在上、下電容組設(shè)置區(qū)內(nèi)，位于上電容組設(shè)置區(qū)內(nèi)的第一、第二敏感電容組C31、C32的固定梳齒分別通過(guò)第一、第二敏感錨點(diǎn)4al、4bI固定在所述基底上，可動(dòng)梳齒通過(guò)外周彈性梁b2與扭動(dòng)質(zhì)量塊ml連接；位于下電容組設(shè)置區(qū)內(nèi)的第三、第四敏感電容組C33、C34的固定梳齒分別通過(guò)第三、第四敏感錨點(diǎn)4a2、4b2固定在所述基底上，可動(dòng)梳齒通過(guò)外周彈性梁b2與扭動(dòng)質(zhì)量塊ml連接；第一、第三敏感錨點(diǎn)4al、4a2連接在一起構(gòu)成一個(gè)敏感電極，第二、第四敏感錨點(diǎn)4bl、4b2連接在一起構(gòu)成另一個(gè)敏感電極，通過(guò)一對(duì)敏感電極提供用于測(cè)定外加角速度值的敏感信號(hào)。在此，所有敏感電容組C3的可動(dòng)梳齒可通過(guò)固定彈性梁b3與各固定錨點(diǎn)5連接，以起到支撐和平衡作用。
[0028]為了保證陀螺儀整體的均衡性，左、右驅(qū)動(dòng)錨點(diǎn)la、lb在X軸上關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱設(shè)置，第一檢測(cè)錨點(diǎn)2al和第四檢測(cè)錨點(diǎn)2b2位于X軸的上方、且關(guān)于y軸對(duì)稱，第二檢測(cè)錨點(diǎn)2bl與第一檢測(cè)錨點(diǎn)2al關(guān)于X軸對(duì)稱設(shè)置，第三檢測(cè)錨點(diǎn)2a2與第四檢測(cè)錨點(diǎn)2b2關(guān)于X軸對(duì)稱設(shè)置，第一、第二敏感錨點(diǎn)4al、4bl位于扭動(dòng)質(zhì)量塊ml的上方，且關(guān)于y軸對(duì)稱設(shè)置，第一敏感錨點(diǎn)4al與第四敏感錨點(diǎn)4b2關(guān)于X軸對(duì)稱設(shè)置，第二敏感錨點(diǎn)4bl與第三敏感錨點(diǎn)4a2關(guān)于X軸對(duì)稱設(shè)置；另外，本實(shí)施例設(shè)置四個(gè)固定錨點(diǎn)5，四個(gè)固定錨點(diǎn)5分設(shè)在陀螺儀的四個(gè)邊角處。本實(shí)施例還設(shè)置了四個(gè)錨點(diǎn)6和兩個(gè)中心錨點(diǎn)3，該四個(gè)錨點(diǎn)6位于平動(dòng)質(zhì)量塊m2和m3的外側(cè)，中心錨點(diǎn)3位于扭動(dòng)質(zhì)量塊ml的中心位置處。對(duì)于上述配置，位于左、右電容組設(shè)置區(qū)內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電容組Cl I和C14，以及驅(qū)動(dòng)電容組C12和C13關(guān)于y軸對(duì)稱設(shè)置，驅(qū)動(dòng)電容組Cll和C12關(guān)于X軸對(duì)稱設(shè)置，并且驅(qū)動(dòng)電容組C13和C14關(guān)于X軸對(duì)稱設(shè)置。第一檢測(cè)電容組C21與第四檢測(cè)電容組C24作為一對(duì)檢測(cè)電容組在驅(qū)動(dòng)電容組Cl的上方關(guān)于Y軸對(duì)稱設(shè)置，第二檢測(cè)電容組C22和第三檢測(cè)電容組C23作為另一對(duì)檢測(cè)電容組與上一對(duì)檢測(cè)電容組關(guān)于X軸對(duì)稱設(shè)置。第一敏感電容組C31與第四敏感電容組C34作為一對(duì)敏感電容組關(guān)于X軸對(duì)稱設(shè)置，第二敏感電容組C32和第三敏感電容組C33作為另一對(duì)敏感電容組與上一對(duì)敏感電容組關(guān)于y軸對(duì)稱設(shè)置。[0029]在此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，驅(qū)動(dòng)電容組Cl，檢測(cè)電容組C2及敏感電容組C3的數(shù)目和連接方式并非限制為以上給出的實(shí)施例。設(shè)置驅(qū)動(dòng)電容組，檢測(cè)電容組及敏感電容組的目的分別在于提供驅(qū)動(dòng)，檢測(cè)及敏感信號(hào)，電容組的數(shù)目和連接的不同僅提供了驅(qū)動(dòng)，檢測(cè)及敏感信號(hào)大小及對(duì)稱性的差異，而不改變相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)，檢測(cè)和敏感的功能。
[0030]如圖2所示，驅(qū)動(dòng)電容組Cl相鄰梳齒(可動(dòng)和固定梳齒間隔設(shè)置)在z軸方向上的聞度存在聞低差，當(dāng)固定梳齒和可動(dòng)梳齒的電位不相等時(shí)，驅(qū)動(dòng)電容組Cl的固定梳齒與可動(dòng)梳齒將產(chǎn)生沿Z軸方向的相互作用力。如圖1所示，一對(duì)驅(qū)動(dòng)電極la、lb上將施加幅值，頻率相等，相位相反的驅(qū)動(dòng)電壓，使得左、右側(cè)的兩對(duì)驅(qū)動(dòng)電容組產(chǎn)生反相的驅(qū)動(dòng)力，帶動(dòng)m2和m3產(chǎn)生相反方向的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)彈性梁b4和b5的相對(duì)剛度，并且驅(qū)動(dòng)電容分組Cl和檢測(cè)電容組C2的可動(dòng)梳齒與平動(dòng)質(zhì)量塊連接的部分設(shè)計(jì)為剛度遠(yuǎn)大于彈性梁b4和b5，因此可以使平動(dòng)質(zhì)量塊m2及其與之相連的一對(duì)驅(qū)動(dòng)電容組和m3及其與之相連的另一對(duì)驅(qū)動(dòng)電容組分別沿Z軸相反方向上下平動(dòng)，此時(shí)驅(qū)動(dòng)電容組電容變化線性度最好，震動(dòng)更加穩(wěn)定。
[0031 ] 平動(dòng)質(zhì)量塊m2和m3通過(guò)彈性梁b5帶動(dòng)扭動(dòng)質(zhì)量塊ml繞y軸做簡(jiǎn)諧振動(dòng)。檢測(cè)電容組C2由于平動(dòng)質(zhì)量塊m2和m3的振動(dòng)，其電容值也發(fā)生變化，根據(jù)檢測(cè)電容組C2數(shù)值的變化調(diào)節(jié)外加驅(qū)動(dòng)電壓的變化，調(diào)整平動(dòng)質(zhì)量塊m2和m3的振動(dòng)幅度，最終調(diào)節(jié)扭動(dòng)質(zhì)量塊ml的振動(dòng)幅度。
[0032]如圖3所示，扭動(dòng)質(zhì)量塊ml繞y軸擺動(dòng)，當(dāng)外加角速度作用于x方向，其產(chǎn)生的哥氏力將使扭動(dòng)質(zhì)量塊ml繞z軸發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)外周彈性梁b2帶動(dòng)敏感電容組C3的可動(dòng)梳齒運(yùn)動(dòng)，使敏感電容組C3的電容值發(fā)生變化，從而測(cè)定外加角速度的大小。
[0033]根據(jù)以上說(shuō)明的陀螺儀的工作原理可知，其至少存在兩個(gè)模態(tài):驅(qū)動(dòng)模態(tài)和敏感模態(tài)，驅(qū)動(dòng)模態(tài)為平動(dòng)質(zhì)量塊m2和m3沿z軸方向相反的上下平動(dòng)，通過(guò)彈性梁b5帶動(dòng)扭動(dòng)質(zhì)量塊ml繞y軸扭動(dòng)，此時(shí)，外周彈性梁b2與扭動(dòng)質(zhì)量塊ml連接的一端會(huì)隨扭動(dòng)質(zhì)量塊ml扭動(dòng)，而另一端間接通過(guò)彈性梁b3與固定錨點(diǎn)5相連，固定彈性梁b3設(shè)計(jì)為在z軸方向剛度較大，不易在z軸方向運(yùn)動(dòng)，從而限制了外周彈性梁b2另一端z方向的運(yùn)動(dòng)，因此，在驅(qū)動(dòng)模態(tài)下，驅(qū)動(dòng)和敏感部分通過(guò)外周彈性梁b2實(shí)現(xiàn)解耦；當(dāng)扭動(dòng)質(zhì)量塊ml受到X軸方向的角速度影響時(shí)，會(huì)產(chǎn)生x，y軸平面內(nèi)，繞z軸方向旋轉(zhuǎn)的哥氏力,在敏感模態(tài)下，z軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)的哥氏力通過(guò)外周彈性梁b2傳導(dǎo)到敏感電容組C3上，而固定彈性梁b3設(shè)計(jì)為在X軸方向剛度較小，y軸方向剛度較大，故敏感電容組C3的可動(dòng)梳齒受到哥氏力時(shí)影響容易產(chǎn)生X軸方向運(yùn)動(dòng)，據(jù)此設(shè)計(jì)的敏感電容組C3的電容值會(huì)發(fā)生變化。
[0034]本實(shí)用新型所涉及的單軸MEMS電容式陀螺儀相對(duì)傳統(tǒng)陀螺儀具有體積小，成本低，功耗小的顯著優(yōu)點(diǎn)。
[0035]添加了平動(dòng)質(zhì)量塊m2和m3的陀螺儀在非線性，抗震性等參數(shù)上得到了進(jìn)一步改進(jìn)，原因如下:
[0036]現(xiàn)有技術(shù)中僅具有扭動(dòng)質(zhì)量塊ml的方案如下圖5所示，驅(qū)動(dòng)電容組和檢測(cè)電容組的可動(dòng)梳齒全部連接在扭動(dòng)質(zhì)量塊ml上,在驅(qū)動(dòng)模態(tài)下隨扭動(dòng)質(zhì)量塊ml —起繞y軸轉(zhuǎn)動(dòng)，可動(dòng)梳齒遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)軸的部分轉(zhuǎn)動(dòng)快，靠近轉(zhuǎn)軸的部分轉(zhuǎn)動(dòng)慢，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)模態(tài)下驅(qū)動(dòng)電容組和檢測(cè)電容組電容變化速率的非線性很大，可能導(dǎo)致整個(gè)器件輸出的非線性也增大。同時(shí)驅(qū)動(dòng)力變化的非線性大，也會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)模態(tài)下震動(dòng)不夠穩(wěn)定，抵抗外界震動(dòng)的能力差。本實(shí)用新型所涉及的陀螺儀加入了平動(dòng)質(zhì)量塊后，通過(guò)設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)支撐該平動(dòng)質(zhì)量塊的彈性梁的剛度，使驅(qū)動(dòng)模態(tài)下平動(dòng)質(zhì)量塊連同驅(qū)動(dòng)電容組和檢測(cè)電容組的可動(dòng)梳齒分別沿Z軸相反方向上下平動(dòng)，解決了上述現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題。
[0037]綜上所述僅為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施例，并非用來(lái)限定本實(shí)用新型的實(shí)施范圍。即凡依本實(shí)用新型申請(qǐng)專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化及修飾，皆應(yīng)屬于本實(shí)用新型的技術(shù)范疇。例如，將上述笛卡爾坐標(biāo)系的X軸和I軸方向顛倒，即可檢測(cè)作用于y方向的外加角速度。
【權(quán)利要求】
1.一種單軸MEMS電容式陀螺儀,其特征在于:包括扭動(dòng)質(zhì)量塊、平動(dòng)質(zhì)量塊、驅(qū)動(dòng)電容組，檢測(cè)電容組，敏感電容組，錨點(diǎn)以及彈性梁，定義以扭動(dòng)質(zhì)量塊的中心為原點(diǎn)的笛卡爾坐標(biāo)系的X軸的正向指向右側(cè)，y軸的正向指向上側(cè)，其中所述各電容組包括固定梳齒和可動(dòng)梳齒，并且各電容組的固定梳齒和可動(dòng)梳齒具有沿z軸方向的聞低差； 所述各電容組包括至少一對(duì)驅(qū)動(dòng)電容組、至少一對(duì)檢測(cè)電容組和至少一對(duì)敏感電容組，每對(duì)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電容組的固定梳齒分別通過(guò)與所述驅(qū)動(dòng)電容組相對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)錨點(diǎn)固定在基底上，所述驅(qū)動(dòng)電容組的可動(dòng)梳齒分別連接至與該驅(qū)動(dòng)電容組相對(duì)應(yīng)的平動(dòng)質(zhì)量塊的外側(cè)壁，所述驅(qū)動(dòng)錨點(diǎn)被配置為一對(duì)驅(qū)動(dòng)電極； 每對(duì)兩個(gè)檢測(cè)電容組的固定梳齒分別通過(guò)與所述檢測(cè)電容組相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)錨點(diǎn)固定在所述基底上，所述檢測(cè)電容組的可動(dòng)梳齒分別連接至與該檢測(cè)電容組相對(duì)應(yīng)的平動(dòng)質(zhì)量塊的外側(cè)壁，所述檢測(cè)錨點(diǎn)被配置為一對(duì)檢測(cè)電極； 每對(duì)兩個(gè)敏感電容組的固定梳齒分別通過(guò)與所述敏感電容組相對(duì)應(yīng)的敏感錨點(diǎn)固定在所述基底上，所述敏感電容組的可動(dòng)梳齒通過(guò)外周彈性梁與扭動(dòng)質(zhì)量塊連接，所述敏感電容組的可動(dòng)梳齒還通過(guò)固定彈性梁與各固定錨點(diǎn)連接，所述敏感錨點(diǎn)被配置為一對(duì)敏感電極；以及， 位于扭動(dòng)質(zhì)量塊中心位置處的中心錨點(diǎn)通過(guò)中部彈性梁與扭動(dòng)質(zhì)量塊相連接，平動(dòng)質(zhì)量塊的一側(cè)通過(guò)第一彈性梁與扭動(dòng)質(zhì)量塊相連接，平動(dòng)質(zhì)量塊的另外一側(cè)通過(guò)第二彈性梁連接到與之對(duì)應(yīng)的錨點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單軸MEMS電容式陀螺儀，其特征在于:平動(dòng)質(zhì)量塊位于扭動(dòng)質(zhì)量塊的左右兩側(cè)關(guān)于I軸對(duì)稱設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的單軸MEMS電容式陀螺儀，其特征在于:所述電容組包括兩對(duì)驅(qū)動(dòng)電容組，兩對(duì)驅(qū)動(dòng)電容組關(guān)于X軸對(duì)稱設(shè)置，每對(duì)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電容組關(guān)于I軸對(duì)稱設(shè)置，及每對(duì)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電容組與平動(dòng)質(zhì)量塊的連接位置關(guān)于y軸對(duì)稱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的單軸MEMS電容式陀螺儀，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)錨點(diǎn)在X軸上關(guān)于y軸對(duì)稱設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的單軸MEMS電容式陀螺儀，其特征在于:所述電容組包括兩對(duì)檢測(cè)電容組，每對(duì)檢測(cè)電容組關(guān)于I軸對(duì)稱設(shè)置，兩對(duì)檢測(cè)電容組關(guān)于X軸對(duì)稱設(shè)置，在分別與所述檢測(cè)電容組中的固定梳齒相連接的檢測(cè)錨點(diǎn)中，處于對(duì)角線位置的檢測(cè)錨點(diǎn)相連接形成一對(duì)檢測(cè)電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的單軸MEMS電容式陀螺儀，其特征在于:所述電容組包括兩對(duì)敏感電容組，每對(duì)敏感電容組關(guān)于X軸對(duì)稱設(shè)置，兩對(duì)敏感電容組關(guān)于I對(duì)稱設(shè)置，在分別與所述敏感電容組中的固定梳齒相連接的敏感錨點(diǎn)中，處于對(duì)角線位置的敏感錨點(diǎn)相連接形成一對(duì)敏感電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單軸MEMS電容式陀螺儀，其特征在于:所述固定錨點(diǎn)設(shè)置于單軸微機(jī)電系統(tǒng)陀螺儀的四個(gè)邊角處。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單軸MEMS電容式陀螺儀，其特征在于:所述固定彈性梁在X軸方向的剛度小于I軸和z軸方向的剛度。
【文檔編號(hào)】G01C19/5656GK203704940SQ201320594609
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】郭梅寒 申請(qǐng)人:深迪半導(dǎo)體(上海)有限公司