CN111156981A - Mems陀螺仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了MEMS陀螺仪，其包括：固定件；环形件，所述环形件为正8角星形，若干所述环形件依次间隔嵌套布设于所述固定件外侧；第一辐条，若干所述第一辐条等间距环形布设于所述固定件和与所述固定件相邻的所述环形件之间，以连接所述固定件和所述环形件；第二辐条，若干所述第二辐条等间距环形布设于相邻的所述环形件之间，以连接相邻的所述环形件；以及第一电极组件，所述第一电极组件环形布设于所述环形件外周。

Description

MEMS陀螺仪

【技术领域】

本发明涉及陀螺仪技术领域，尤其涉及一种MEMS陀螺仪。

【背景技术】

微机械陀螺仪，即MEMS(Micro Electro Mechanical systems)陀螺仪，是一种典型的角速度微传感器，由于其尺寸小、功耗低和加工方便等优势在消费电子市场有着非常广泛的应用。近年来随着MEMS陀螺仪性能的逐步提升，广泛应用于汽车、工业、虚拟现实等领域。

MEMS陀螺仪可分为线振动音叉型陀螺仪和圆盘形陀螺仪两类，其中，圆盘形陀螺仪的驱动模态振型和检测模态振型兼并,灵敏度高，且结构简单，逐步成为实用较为广泛的高性能陀螺仪。但是，圆盘形陀螺仪受限于结构和空间布局，导致品质因数低，且结构内可够容纳的电容量较小，存在着应用的局限。

因而，有必要提供一种新的MEMS陀螺仪以解决上述的问题。

【发明内容】

本发明的目的公开一种能够提升品质因数和结构内可够容纳的电容量的MEMS陀螺仪。

本发明的目的采用如下技术方案实现，提供一种MEMS陀螺仪，所述MEMS陀螺仪包括：

固定件；

环形件，所述环形件为正8角星形，若干所述环形件依次间隔嵌套布设于所述固定件外侧；

第一辐条，若干所述第一辐条等间距环形布设于所述固定件和与所述固定件相邻的所述环形件之间，以连接所述固定件和所述环形件；

第二辐条，若干所述第二辐条等间距环形布设于相邻的所述环形件之间，以连接相邻的所述环形件；以及

第一电极组件，所述第一电极组件环形布设于所述环形件外周。优选地，所述第一电极组件包括用于驱动所述环形件沿相互垂直的第一方向和第二方向振动的第一驱动电极、用于检测所述环形件沿与所述第一方向呈45°角方向和与所述第一方向呈135°角方向振动的第一检测电极以及设置于所述第一驱动电极和所述第一检测电极之间的第一校准电极。

优选地，所述MEMS陀螺仪还包括第二电极组件，所述第二电极组件设置于两个相邻的所述环形件之间。

优选地，所述第二电极组件呈正8角星形布设。

优选地，所述MEMS陀螺仪还包括质量块，所述质量块设置于两个相邻的所述环形件之间并与所述第二辐条或所述环形件连接。

优选地，所述质量块呈正8角星形布设。

优选地，所述MEMS陀螺仪还包括第二电极组件以及质量块；其中，所述第二电极组件设置于两个相邻的所述环形件之间，所述质量块设置于所述第一电极组件和所述第二电极组件之间并与所述第一电极组件和所述第二电极组件之间的所述第二辐条或所述环形件连接。

优选地，所述第二电极组件和所述质量块均呈正8角星形布设。

优选地，所述固定件的外轮廓呈正8角星形。

优选地，所述环形件、所述固定件、所述第一辐条及所述第二辐条一体成型。

优选地，沿所述环形件同一径向设置的所述第二辐条间隔设置。

优选地，所述第一辐条分别连接在所述固定件分别沿所述第一方向的两端以及沿所述第二方向的两端。

优选地，所述第一辐射条与相邻所述第二辐射条平行且相互间隔设置。

相对于现有技术相比，本发明所提供的MEMS陀螺仪通过设置环形件为正8角星形，将若干个环形件嵌套布设于固定件外侧，利用星形的角部容易变形和结构对称的特征，一方面能够实现陀螺仪驱动模态与检测模态的兼并，符合哥氏效应原理，另一方面星形的结构能够提升MEMS陀螺仪的品质因数和结构内可够容纳的电容量，提升陀螺仪的性能。

【附图说明】

图1为本发明实施例一公开的MEMS陀螺仪平面结构示意图；

图2A为图1的局部放大结构示意图；

图2B为MEMS陀螺仪的第一电极组件平面结构示意图；

图3为本发明实施例一的驱动模态仿真示意图；

图4为本发明实施例一的检测模态仿真示意图；

图5为本发明实施例二公开的MEMS陀螺仪平面结构示意图；

图6为图5的局部放大结构示意图；

图7为本发明实施例三公开的MEMS陀螺仪平面结构示意图；

图8为图7的局部放大结构示意图；

图9为本发明实施例四公开的MEMS陀螺仪平面结构示意图；

图10为图9的局部放大结构示意图；

图11为本发明实施例四的驱动模态仿真示意图；

图12为本发明实施例四的检测模态仿真示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例一：

请参阅图1及图2A-2B,本发明的实施例一公开了一种MEMS陀螺仪100，其包括固定件11、第一辐条12、环形件14、第二辐条13以及第一电极组件15。

其中，固定件11用于提供固定支撑，该固定件11的外轮廓可以是圆形或正8角星形，较佳地，固定件11的外轮廓为正8角星形。

环形件14为若干个，每个环形件14均为正8角星形，且依次间隔嵌套布设于固定件11外侧，环形件14和固定件11通过若干第一辐条12连接，相邻环形件14之间通过若干第二辐条13连接。

其中，若干第一辐条12等间距环形布设于固定件11和与固定件11相邻的环形件14之间，以连接环形件14和固定件11。

若干第二辐条13等间距环形布设于相邻的环形件14之间，以连接相邻的环形件14。

第一电极组件15环形布设于环形件14的外周，用于驱动环形件14沿第一方向和第二方向振动，以及检测环形件14沿与第一方向呈45°角方向和与第一方向呈135°角方向振动的振动量，其中，第一方向和第二方向相互垂直。

本实施例中，以第一方向为X轴方向、第二方向为Y轴方向为例进行说明，但不局限于第一方向仅为X轴方向、第二方向仅为Y轴方向，如图1所示。

MEMS陀螺仪100安装于电子产品，可用于检测电子产品移动时对应的角速度大小。

电子产品静止时，MEMS陀螺仪100仅受到第一电极组件15提供的驱动力F驱动情况下，环形件14沿第一方向和第二方向振动,其驱动模态仿真图，如图3所示。

电子产品移动时，MEMS陀螺仪100受到除去第一电极组件15之外的外力作用，根据哥氏原理MEMS陀螺仪100产生沿与第一方向呈45°角方向和与第一方向呈135°角方向的哥氏力合力F2，哥氏力合力F2会迫使环形件14沿与第一方向呈45°角方向和与第一方向呈135°角方向振动。其检测模态仿真图，如图4所示。检测电极142通过检测环形件14沿与第一方向呈45°角方向和与第一方向呈135°角方向的位移，经过运算处理即可获得电子产品转动角速度的大小。

本实施例公开的MEMS陀螺仪100，通过设置环形件14为正8角星形，将若干个环形件14嵌套布设于固定件11外侧，利用星形的角部容易变形和结构对称的特征，一方面能够实现陀螺仪驱动模态与检测模态的兼并，符合哥氏效应原理，另一方面星形的结构能够提升MEMS陀螺仪100的品质因数和结构内可够容纳的电容量，提升陀螺仪的性能。

在部分实施例中，第一电极组件15包括用于驱动环形件14沿第一方向和第二方向振动的第一驱动电极151、用于检测环形件14沿与第一方向呈45°角方向振动的第一检测电极152以及设置于第一驱动电极151和第一检测电极152之间的第一校准电极153。

较佳地，第一驱动电极151为8个，每个第一驱动电极151呈V型，对应设置于环形件14的8个角部。

在部分实施例中，环形件14、固定件11、第一辐条12以及第二辐条13一体成型。

在部分实施例中，沿环形件14同一径向设置的第二辐条13间隔设置。

其中，第一辐条12分别连接在固定件11分别沿第一方向的两端以及沿第二方向的两端。

较佳地，第一辐射条12与相邻第二辐射条13平行且相互间隔设置。

实施例二：

请参阅图5-6，本实施例公开的MEMS陀螺仪200与实施一公开的MEMS陀螺仪100不同的地方在于：本实施例公开的MEMS陀螺仪200还包括第二电极组件26，第二电极组件26设置于两个相邻的环形件24之间。

较佳地，第二电极组件26呈正8角星形布设。

本实施例公开的MEMS陀螺仪200中其它部件的结构及部件之间的连接关系可以参照实施例一中公开的MEMS陀螺仪100，在此不做赘述。

本实施例中，通过在相邻两个环形件24之间设有电极组件26，从而扩大了MEMS陀螺仪200的可变电容量，提升MEMS陀螺仪200的灵敏度和性能。

实施例三：

请参阅图7-8，本实施例公开的MEMS陀螺仪300与实施一公开的MEMS陀螺仪100不同的地方在于：

本实施例公开的MEMS陀螺仪300还包括质量块37，质量块30设置于两个相邻的环形件34之间并与第二辐条33或环形件34连接。

较佳地，质量块30呈正8角星形布设。

本实施例公开的MEMS陀螺仪300中其它部件的结构及部件之间的连接关系可以参照实施例一中公开的MEMS陀螺仪100，在此不做赘述。

通过在相邻两个环形件34之间悬挂质量块37，增强环形件34的惯性，从而使得环形件34的形变量可以有效增加，提升了MEMS陀螺仪200的性能。

实施例四：

请参阅图9-10，本实施例公开的MEMS陀螺仪400与实施一公开的MEMS陀螺仪100不同的地方在于：本实施例公开的MEMS陀螺仪400还包括第二电极组件46以及质量块47。其中，第二电极组件46设置于两个相邻的环形件44之间，质量块47设置于第一电极组件45和第二电极组件46之间并与第一电极组件45和第二电极组件46之间的第二辐条43或环形件44连接。

较佳地，第二电极组件46和质量块47均呈正8角星形布设。

本实施例公开的MEMS陀螺仪400中其它部件的结构及部件之间的连接关系可以参照实施例一中公开的MEMS陀螺仪100，在此不做赘述。

MEMS陀螺仪400的驱动模态仿真模型，如图11所示。

MEMS陀螺仪400的检测模态仿真模型，如图12所示。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种MEMS陀螺仪，其特征在于，所述MEMS陀螺仪包括：

固定件；

环形件，所述环形件为正8角星形，若干所述环形件依次间隔嵌套布设于所述固定件外侧；

第一辐条，若干所述第一辐条等间距环形布设于所述固定件和与所述固定件相邻的所述环形件之间，以连接所述固定件和所述环形件；

第二辐条，若干所述第二辐条等间距环形布设于相邻的所述环形件之间，以连接相邻的所述环形件；以及

第一电极组件，所述第一电极组件环形布设于所述环形件外周。

2.根据权利要求1所述的MEMS陀螺仪，其特征在于：所述第一电极组件包括用于驱动所述环形件沿相互垂直的第一方向和第二方向振动的第一驱动电极、用于检测所述环形件沿与所述第一方向呈45°角方向和与所述第一方向呈135°角方向振动的第一检测电极以及设置于所述第一驱动电极和所述第一检测电极之间的第一校准电极。

3.根据权利要求1所述的MEMS陀螺仪，其特征在于：所述MEMS陀螺仪还包括第二电极组件，所述第二电极组件设置于两个相邻的所述环形件之间。

4.根据权利要求3所述的MEMS陀螺仪，其特征在于：所述第二电极组件呈正8角星形布设。

5.根据权利要求1所述的MEMS陀螺仪，其特征在于：所述MEMS陀螺仪还包括质量块，所述质量块设置于两个相邻的所述环形件之间并与所述第二辐条或所述环形件连接。

6.根据权利要求5所述的MEMS陀螺仪，其特征在于：所述质量块呈正8角星形布设。

7.根据权利要求1所述的MEMS陀螺仪，其特征在于：所述MEMS陀螺仪还包括第二电极组件以及质量块；其中，所述第二电极组件设置于两个相邻的所述环形件之间，所述质量块设置于所述第一电极组件和所述第二电极组件之间并与所述第一电极组件和所述第二电极组件之间的所述第二辐条或所述环形件连接。

8.根据权利要求7所述的MEMS陀螺仪，其特征在于：所述第二电极组件和所述质量块均呈正8角星形布设。

9.根据权利要求1所述的MEMS陀螺仪，其特征在于：所述固定件的外轮廓呈正8角星形。

10.根据权利要求1所述的MEMS陀螺仪，其特征在于：所述环形件、所述固定件、所述第一辐条及所述第二辐条一体成型。

11.根据权利要求2所述的MEMS陀螺仪，其特征在于：沿所述环形件同一径向设置的所述第二辐条间隔设置。

12.根据权利要求11所述的MEMS陀螺仪，其特征在于：所述第一辐条分别连接在所述固定件分别沿所述第一方向的两端以及沿所述第二方向的两端。

13.根据权利要求12所述的MEMS陀螺仪，其特征在于：所述第一辐射条与相邻所述第二辐射条平行且相互间隔设置。

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