CN117705070A - 一种全解耦三轴微机械陀螺仪 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种全解耦三轴微机械陀螺仪，其中驱动机构中各离散型驱动框架通过驱动耦合模组依次相连成环状，并在驱动机构外侧接设具有独立质量块的Z轴检测机构，在驱动机构内侧依托于各驱动框架分布设置相互对称的两个X轴检测机构和相互对称的两个Y轴检测机构。应用本发明的全解耦三轴微机械陀螺仪，利用驱动耦合模组将驱动伴生模态放大，极大地增强了陀螺仪的抗振动性；通过对Z轴机械全解耦的设计，使驱动过程对Z轴信号的耦合度降至最低，提高了Z轴的测量精度与稳定性；三轴质量块独立设置，有效降低了各轴之间输出信号的串扰。

Description

一种全解耦三轴微机械陀螺仪

技术领域

本发明涉及一种微机电陀螺仪，尤其涉及一种静电驱动、电容检测且基于哥氏效应的全解耦三轴微机械陀螺仪，属于微机电***领域。

背景技术

陀螺仪是用来检测物体运动角速度的器件。振动式MEMS陀螺仪由半导体微米级尺寸加工技术为基础而制造，其工作原理是，检测质量块沿着与角速度成90度的驱动方向做线振动或角振动，进入驱动状态；当沿敏感轴方向有角速度输入时，在检测轴方向就会出现哥氏力，这个哥氏力的方向和敏感轴方向和驱动方向都互相垂直，哥氏力的大小和输入角速度成正比，通过检测哥氏力引起的位移变化量，就可以直接得到输入角速度的信息。三轴MEMS陀螺仪是可以同时检测三个轴，分别是X-Y-Z轴角速度的陀螺仪。自三轴MEMS陀螺仪问世以来，因为其具有尺寸小、价格低廉的优点，已经在手机、平板电脑等消费电子领域得到广泛的应用，用来实现体感游戏的动作识别和辅助导航等功能。近年来随着汽车领域自动驾驶技术的发展，带有惯导模块的组合导航***越来越受到重视，已经逐渐成为自动驾驶技术不可缺少的基础支撑之一，三轴MEMS陀螺仪逐渐应用于车载惯导模块。

相较于消费电子产品的应用环境，汽车在行驶时会产生较大的振动，这对于基于振动原理的MEMS陀螺仪会产生很大的信号干扰。提高抗振动性对应用于汽车导航的三轴陀螺仪至关重要。Z轴陀螺仪，在车载导航中起到感应航向变化的作用，其精度和稳定性对于整个惯导***的定位至关重要，目前大多数三轴陀螺仪的Z轴部分，驱动到检测部分不能做到机械解耦，这样检测精度受到驱动机构的影响较大。与此同时，目前的三轴MEMS陀螺仪，因为追求体积小，而使得三轴或者其中两轴共用检测质量块，这不可避免地使得三轴之间的交叉耦合过大，产生三轴信号之间的互相串扰。因此，兼顾整体抗振性能和多轴解耦，是当前微机械陀螺仪产品及其汽车导航应用需要攻关的技术难点。

发明内容

本发明的目的旨在提出一种全解耦三轴微机械陀螺仪，解决各轴独立检测，提升Z轴检测精度的问题。

本发明实现上述目的的技术解决方案是，一种全解耦三轴微机械陀螺仪，以衬底为基础分布设有中心弹性机构、驱动机构和三轴检测机构，以中心弹性机构为参照中心，所述驱动机构包括相互对称的第一驱动框架、第二驱动框架和相互对称的第三驱动框架和第四驱动框架，并通过驱动耦合模组将所述第一驱动框架、第四驱动框架、第二驱动框架和第三驱动框架按顺时针方向依次相连成环状；在驱动机构外侧接设有Z轴检测机构；在驱动机构内侧接设有X轴检测机构模组和Y轴检测机构模组，其中所述X轴检测机构模组包括设于第一驱动框架内侧的第一X轴检测机构和设于第二驱动框架内侧的第二X轴检测机构，所述Y轴检测机构模组包括设于第三驱动框架内侧的第一Y轴检测机构和设于第四驱动框架内侧的第二Y轴检测机构。

进一步地，所述第三驱动框架范围内设有由第一驱动反馈可动梳齿和第一驱动反馈固定梳齿构成的第一驱动反馈机构，其中第一驱动反馈可动梳齿与第三驱动框架相连，第一驱动反馈固定梳齿通过锚点固定在衬底上；

所述第四驱动框架范围内设有由第二驱动反馈可动梳齿和第二驱动反馈固定梳齿构成的第二驱动反馈机构，其中第二驱动反馈可动梳齿与第四驱动框架相连，第二驱动反馈固定梳齿通过锚点固定在衬底上。

进一步地，所述驱动机构还设有由驱动可动梳齿和驱动固定梳齿构成的驱动梳齿模组，其中驱动可动梳齿相接于第三驱动框架和第四驱动框架上，驱动固定梳齿通过锚点固定在衬底上；

并以中心弹性机构为参照中心，第三驱动框架范围内所设两个驱动梳齿模组与第四驱动框架范围内所设两个驱动梳齿模组相互对称。

进一步地，所述Z轴检测机构包括悬浮设于衬底上的Z轴检测质量块模组，Z轴中间质量块模组，Z轴驱动模组，Z轴检测耦合质量块模组和Z轴检测梳齿模组，其中所述Z轴检测质量块模组包括设于第一驱动框架外侧的第一Z轴检测质量块和设于第二驱动框架外侧的第二Z轴检测质量块，且Z轴检测质量块模组通过Z轴固定弹簧机构及锚点固定在衬底上；所述Z轴驱动模组包括第一Z轴驱动模组，第二Z轴驱动模组，第三Z轴驱动模组和第四Z轴驱动模组，且两两沿X轴或Y轴对称分布；所述Z轴检测耦合质量块模组包括设于第三驱动框架外侧的第一Z轴检测耦合质量块和设于第四驱动框架外侧的第二Z轴检测耦合质量块。

第一Z轴驱动模组的一端连接第一Z轴检测质量块，另一端连接第一Z轴检测耦合质量块，第二Z轴驱动模组的一端连接第一Z轴检测质量块，另一端连接第二Z轴检测耦合质量块，第三Z轴驱动模组的一端连接第二Z轴检测质量块，另一端连接第二Z轴检测耦合质量块，第四Z轴驱动模组的一端连接第二Z轴检测质量块，另一端连接第一Z轴检测耦合质量块，且四个Z轴驱动模组的各自中段通过锚点固定于衬底上。

所述Z轴中间质量块模组包括设于第一驱动框架与第一Z轴检测质量块之间并通过Z轴过渡弹簧机构三者互联的第一Z轴中间质量块，和设于第二驱动框架与第二Z轴检测质量块之间并通过Z轴过渡弹簧机构三者互联的第二Z轴中间质量块。

所述Z轴检测梳齿模组由Z轴可动梳齿和Z轴固定梳齿组成，且Z轴可动梳齿均匀分布成型于Z轴检测质量块模组上，Z轴固定梳齿通过锚点固定在衬底上。

进一步地，所述第一X轴检测机构包括固设于衬底上的第一X轴下极板及其上设为悬浮状的第一X轴质量块，所述第一X轴质量块的一端通过第一X轴扭转机构与第一驱动框架相连；所述第二X轴检测机构包括固设于衬底上的第二X轴下极板及其上设为悬浮状的第二X轴质量块，所述第二X轴质量块的一端通过第二X轴扭转机构与第二驱动框架相连，且两个X轴质量块的另一端分两侧与所述中心弹性机构相连。

进一步地，所述第一Y轴检测机构包括固设于衬底上的第一Y轴下极板及其上设为悬浮状的第一Y轴质量块，所述第一Y轴质量块的一端通过第一Y轴扭转机构与第三驱动框架相连；所述第二Y轴检测机构包括固设于衬底上的第二Y轴下极板及其上设为悬浮状的第二Y轴质量块，所述第二Y轴质量块的一端通过第二Y轴扭转机构与第四驱动框架相连，且两个Y轴质量块的另一端分两侧与所述中心弹性机构相连。

进一步地，所述中心弹性机构设有中部定位且十字牵引的弹簧模组及围绕弹簧模组的连接板，所述弹簧模组的两个自由端通过连接板与折叠连接机构相连；以弹簧模组为参照中心，所述折叠连接机构包括相互对称的第一折叠连接部和第二折叠连接部和相互对称的第三折叠连接部和第四折叠连接部，其中第一折叠连接部与第一X轴检测机构相对接，第二折叠连接部与第二X轴检测机构相对接，第三折叠连接部与第一Y轴检测机构相对接，第四折叠连接部与第二Y轴检测机构相对接。

进一步地，所述驱动耦合模组共设有四组且两两沿X轴或Y轴对称分布，在相邻的两个驱动框架之间各接入一组驱动耦合模组。

更进一步地，每组所述驱动耦合模组包括一个驱动连接质量块和若干驱动耦合弹簧，其中所述驱动耦合弹簧共用于连接驱动连接质量块及与之相邻的两个驱动框架，并且驱动连接质量块通过驱动耦合弹簧固定于锚点。

应用本发明的全解耦三轴微机械陀螺仪，具备突出的实质性特点和如下显著的进步性，其技术效果体现在：利用驱动耦合模组将驱动伴生模态放大，极大地增强了陀螺仪的抗振动性；通过对Z轴机械全解耦的设计，使驱动过程对Z轴信号的耦合度降至最低，提高了Z轴的测量精度与稳定性；三轴质量块独立设置，有效降低了各轴之间输出信号的串扰。

附图说明

图1是本发明全解耦三轴微机械陀螺仪优选实施例的平面结构示意图。

图2是图1所示陀螺仪中任一驱动反馈机构的梳齿结构示意图。

图3是图1所示陀螺仪中成型于第一Z轴检测质量块的梳齿结构及Z轴固定弹簧机构的结构示意图。

图4是图1所示陀螺仪中一侧角落中Z轴驱动模组及对应轴扭转机构的特写结构示意图。

图5是图1所示陀螺仪中中心弹性机构自身及其与折叠连接机构的连接结构示意图。

具体实施方式

以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，从而对本发明的保护范围做出更为清晰的界定。

致力于实现三轴微机械陀螺仪的全解耦，本发明提出了一种该类陀螺仪的结构全新设计，以较高集成度、多轴检测部件独立定位布局，以达到检测性能的飞跃，尤其是Z轴测量精度和稳定性的提升。

如图1所示可见，本发明该全解耦三轴微机械陀螺仪的创新结构从概括来看，其以衬底10为基础分布设有中心弹性机构7、驱动机构和相对独立的三轴检测机构。以中心弹性机构为参照中心，上述驱动机构包括一个方向上相互对称的第一驱动框架21、第二驱动框架22和另一个方向上相互对称的第三驱动框架23和第四驱动框架24，并且该驱动机构通过驱动耦合模组25将第一驱动框架、第四驱动框架、第二驱动框架和第三驱动框架按顺时针方向依次相连成环状。从驱动机构呈环状的整体外形和三轴检测器件的布局上看，在驱动机构外侧接设有Z轴检测机构，而在驱动机构内侧则接设有X轴检测机构模组和Y轴检测机构模组，其中X轴检测机构模组包括设于第一驱动框架内侧的第一X轴检测机构和设于第二驱动框架内侧的第二X轴检测机构，Y轴检测机构模组包括设于第三驱动框架内侧的第一Y轴检测机构和设于第四驱动框架内侧的第二Y轴检测机构。

从图示可见的是，上述每个驱动框架均通过驱动固定弹簧模组固定在衬底上。若以中心弹性机构的中心为原点建立正交坐标系，水平方向为X轴，垂直方向为Y轴。则驱动固定弹簧模组包括设置在第一驱动框架21两侧且相对Y轴对称的第一驱动固定弹簧211和第二驱动固定弹簧212，设置在第二驱动框架22两侧且相对Y轴对称的第三驱动固定弹簧221和第四驱动固定弹簧222，设置在第三驱动框架23两侧且相对X轴对称的第五驱动固定弹簧231和第六驱动固定弹簧232，以及设置在第四驱动框架24两侧且相对X轴对称的第七驱动固定弹簧241和第八驱动固定弹簧242。所有驱动固定弹簧模组的一端连接驱动框架，另一端与衬底相连。而且基于所设的各驱动固定弹簧，使得第一驱动框架和第二驱动框架具有X轴方向的约束力，而绝大多数体现在Y轴方向上摆动的自由度，同理使得第三驱动框架和第四驱动框架具有Y轴方向的约束力，并绝大多数体现在X轴方向上摆动的自由度。

如前所述，以上各驱动框架并非孤立存在，而是通过共四组驱动耦合模组相连成环状。该些驱动耦合模组分别两两沿X轴或Y轴对称分布，在相邻的两个驱动框架之间各接入一组驱动耦合模组。参见图4局部示意可见，任一该驱动耦合模组包括一个驱动连接质量块26和若干驱动耦合弹簧27，其中驱动耦合弹簧27共用于连接驱动连接质量块26及与之相邻的两个驱动框架，并且驱动连接质量块26通过驱动耦合弹簧27固定于锚点8。就图示部分的连接状态为：一根驱动耦合弹簧的一端连接第四驱动框架24，且另一端连接驱动连接质量块，在驱动连接质量块的另一侧则连接另一根驱动耦合弹簧，而该另一根驱动耦合弹簧的另一端连接第二驱动框架22，该驱动连接质量块的中部则通过又两根单独的驱动耦合弹簧相接于锚点。

进一步细化地，如图2所述，在上述第三驱动框架23范围内设有第一驱动反馈机构31，该第一驱动反馈机构31由相互交错且密布的第一驱动反馈可动梳齿311和第一驱动反馈固定梳齿312构成。其中该第一驱动反馈可动梳齿311与第三驱动框架23相连，而第一驱动反馈固定梳齿则通过锚点固定在衬底10上。同理地，在第四驱动框架24范围内设有第二驱动反馈机构32，该第二驱动反馈机构32由相互交错且密布的第二驱动反馈可动梳齿和第二驱动反馈固定梳齿构成。其中第二驱动反馈可动梳齿与第四驱动框架24相连，而第二驱动反馈固定梳齿通过锚点固定在衬底10上。

该驱动机构还设有由驱动可动梳齿和驱动固定梳齿构成的若干个驱动梳齿模组，其中驱动可动梳齿相接于第三驱动框架或第四驱动框架上，驱动固定梳齿通过锚点固定在衬底上。具体地，在第三驱动框架23范围内设有第一驱动梳齿模组331和第二驱动梳齿模组332，在第四驱动框架24范围内设有第三驱动梳齿模组333和第四驱动梳齿模组334。以上述中心弹性机构为参照中心，其中第一、第三两个驱动梳齿模组相互对称，第二、第四两个驱动梳齿模组也相互对称。

从Z轴检测机构的结构组成来看，其包括悬浮设于衬底10上的Z轴检测质量块模组，Z轴中间质量块模组，Z轴驱动模组，Z轴检测耦合质量块模组和Z轴检测梳齿模组五部分。细化来看，该Z轴检测质量块模组包括设于第一驱动框架21外侧的第一Z轴检测质量块421和设于第二驱动框架22外侧的第二Z轴检测质量块422，且Z轴检测质量块模组通过Z轴固定弹簧机构及锚点固定在衬底上。具体地，第一Z轴检测质量块421连接Z轴固定弹簧471的一端，且Z轴固定弹簧471的另一端通过锚点8连接衬底，同样第二Z轴检测质量块422连接Z轴固定弹簧472的一端，且Z轴固定弹簧472的另一端通过锚点8连接衬底。

该Z轴驱动模组包括第一Z轴驱动模组431，第二Z轴驱动模组432，第三Z轴驱动模组433和第四Z轴驱动模组434，且两两沿X轴或Y轴对称分布；而该Z轴检测耦合质量块模组包括设于第三驱动框架23外侧的第一Z轴检测耦合质量块441和设于第四驱动框架24外侧的第二Z轴检测耦合质量块442。由此，该第一Z轴驱动模组431的一端连接第一Z轴检测质量块421的一侧，另一端连接第一Z轴检测耦合质量块441。该第二Z轴驱动模组432的一端连接第一Z轴检测质量块421的另一侧，另一端连接第二Z轴检测耦合质量块442。该第三Z轴驱动模组433的一端连接第二Z轴检测质量块422的一侧，另一端连接第二Z轴检测耦合质量块442。该第四Z轴驱动模组434的一端连接第二Z轴检测质量块422的另一侧，另一端连接第一Z轴检测耦合质量块441。且四个Z轴驱动模组的各自中段通过锚点固定于衬底上；两个Z轴检测耦合质量块的中部通过耦合弹簧固定于锚点。

该Z轴中间质量块模组包括设于第一驱动框架21与第一Z轴检测质量块421之间并通过Z轴过渡弹簧461三者互联的第一Z轴中间质量块411，和设于第二驱动框架22与第二Z轴检测质量块422之间并通过Z轴过渡弹簧462三者互联的第二Z轴中间质量块412。这里，两个Z轴过渡弹簧构成并统称为Z轴过渡弹簧机构。

如图3所示可见，该Z轴检测梳齿模组45由Z轴可动梳齿451和Z轴固定梳齿组成。且该Z轴可动梳齿451均匀分布成型于Z轴检测质量块模组上，Z轴固定梳齿则通过锚点固定在衬底上。对于第一Z轴检测质量块421的一部分来看，其中等间隔设有若干Z轴可动梳齿451，而不同外形构造的一对Z轴固定梳齿452、453配套一根Z轴可动梳齿451，以此组合方式并排数组，且第一Z轴检测质量块421相对Y轴的另侧及第二Z轴检测质量块422的相关部分等同设置。

从X轴检测机构的结构组成来看，其中第一X轴检测机构包括固设于衬底上的第一X轴下极板621及其上设为悬浮状的第一X轴质量块611，该第一X轴质量块611的一端通过第一X轴扭转机构631与第一驱动框架21相连；而第二X轴检测机构包括固设于衬底上的第二X轴下极板622及其上设为悬浮状的第二X轴质量块612，该第二X轴质量块612的一端通过第二X轴扭转机构632与第二驱动框架22相连，且两个X轴质量块的另一端分两侧与中心弹性机构7相连。

再从X轴检测机构的结构组成来看，其中第一Y轴检测机构包括固设于衬底上的第一Y轴下极板521及其上设为悬浮状的第一Y轴质量块511，该第一Y轴质量块511的一端通过第一Y轴扭转机构531与第三驱动框架23相连；而第二Y轴检测机构包括固设于衬底上的第二Y轴下极板522及其上设为悬浮状的第二Y轴质量块512，该第二Y轴质量块512的一端通过第二Y轴扭转机构532与第四驱动框架24相连，且两个Y轴质量块的另一端分两侧与中心弹性机构7相连。

参见图4局部示意可见，上述第二Y轴扭转机构532具体为两根耦合弹簧，第四驱动框架24成型有一个方形凹槽，第二Y轴质量块512则对应成型有一个插接部。该插接部活动相容于方向凹槽中，并通过两根耦合弹簧相接联动。同样地，上述第二X轴扭转机构632具体也为两根耦合弹簧，在第二驱动框架22和第二X轴质量块612之间也类似的方式相接联动。

参见图5所示，该中心弹性机构7设有中部定位且十字牵引的弹簧模组71及围绕弹簧模组的连接板72。该弹簧模组配合四角相连的四个锚点整体成型为局部开口的田字形结构，且开口处即为该弹簧模组的两个自由端，并通过连接板与折叠连接机构相连。图示实施中该连接板72成型为空心菱形结构，且内侧局部向内延伸以对接弹簧模组的自由端。

以弹簧模组为参照中心，该折叠连接机构包括相互对称的第一折叠连接部731和第二折叠连接部732和相互对称的第三折叠连接部733和第四折叠连接部734。其中第一折叠连接部731与第一X轴检测机构中的第一X轴质量块611相对接，第二折叠连接部732与第二X轴检测机构中的第二X轴质量块612相对接，第三折叠连接部733与第一Y轴检测机构中的第一Y轴质量块511相对接，第四折叠连接部734与第二Y轴检测机构中的第二Y轴质量块512相对接。

本发明采用三轴共用的单一驱动模式，陀螺仪在工作时驱动梳齿模组通电，产生往复的静电力。第三驱动框架23和第四驱动框架24在静电力的作用下以一定频率进行线振动，并通过四组驱动耦合模组带动第一驱动框架21、第二驱动框架22沿X轴向收缩时Y轴向扩张，且X轴向扩张时Y轴向收缩，以此往复运动，并且同时带动Z轴中间质量块模组、第一Y轴质量块、第二Y轴质量块、第一X轴质量块、第二X轴质量块一起运动。

以中心弹性机构的中心为原点建立的三维坐标系中，以衬底所在的平面为XY轴水平面。该第一驱动框架和第二驱动框架位于Y轴沿线，第三驱动框架和第四驱动框架位于X轴沿线。由于驱动耦合模组的作用，驱动的共模模态远高于有用模态。共模模态是指第三驱动框架和第四驱动框架在坐标系的X轴方向的同向模态，以及第一驱动框架和第二驱动框架在坐标系的Y轴方向的同向模态。通过有限元仿真计算可得驱动模态频率20KHz，X轴方向同向模态和Y轴方向同向模态的频率均大于40KHz。因此，整个***具有很好的抗振动性能。

当***受到Z轴方向的角速度时,对应的Z轴中间质量块模组会受到与驱动运动方向以及角速度方向都垂直的哥氏加速度作用，这样Z轴中间质量块模组中的第一Z轴中间质量块411、第二Z轴中间质量块412会受到大小相等，方向相反的哥氏力。在这种情况下，第一Z轴中间质量块和第二Z轴中间质量块分别带动第一Z轴检测质量块和第二Z轴检测质量块作方向相反的运动，Z轴驱动模组保证了二者运动相关联，并确保运动方向相反。如图3所示，由Z轴检测梳齿模组45构成的两组检测电容，当其中任意一组电容增大时，另一组电容减小，从而实现了Z轴的差分输出。在驱动过程中，第一Z轴检测质量块和第二Z轴检测质量块分别受到对应侧Z轴固定弹簧的作用从而保持不动，因此避免了驱动对Z轴信号的干扰。

当***受到来自Y轴方向的角速度时，各Y轴检测机构中的各Y轴质量块会受到沿Z轴的哥氏加速度。而且，第一Y轴质量块511受到的哥氏加速度和第二Y轴质量块512受到的哥氏加速度大小相等，方向相反。因此，第一Y轴质量块511和第二Y轴质量块512绕中心弹性机构做类似跷跷板的上下运动。进而，第一Y轴下极板521和第一Y轴质量块511构成第一电容器，第二Y轴下极板522和第二Y轴质量块512构成第二电容器，其中一个电容增大，另一个电容减小，实现了差分输出。

在驱动过程中，由于Y轴质量块模组和Y轴下极板模组的正对面积保持不变，因此，对Y轴方向的信号不会产生影响。

当***受到来自X轴方向的角速度时,各X轴检测机构中的各X轴质量块会受到沿Z轴的哥氏加速度。而且，第一X轴质量块611受到的哥氏加速度和第二X轴质量块612受到的哥氏加速度大小相等，方向相反。因此，第一X轴质量块611和第二X轴质量块612绕中心弹性结构做类似跷跷板的上下运动。进而，第一X轴下极板621和第一X轴质量块611构成第三电容器，第二X轴下极板622和第二X轴质量块612构成第四电容器，其中一个电容增大，另一个电容减小，同样实现了差分输出。

在驱动过程中，由于X轴质量块模组和X轴下极板模组的正对面积保持不变，因此，对X轴方向的信号不会产生影响。

由上述原理性描述可知，X轴、Y轴、Z轴三者的输出端只对与其相对应的角速度有感应并做出反应。其中，X轴输出端为第一电容器和第二电容器，Y轴输出端为第三电容器和第四电容器，Z轴输出端为Z轴检测梳齿模组45，由此实现各个轴之间的信号耦合抑制。

在驱动的过程中，由于驱动固定弹簧模组的作用，当X轴质量块模组、Y轴质量块模组、Z轴检测质量块模组感应角速度时，三者所产生的位移不会耦合到驱动框架。

综上关于本发明全解耦三轴微机械陀螺仪的结构、功能原理介绍及实施例详述可见，其具备实质性特点和如下进步性：采用各轴共用驱动结构，驱动结构之间采用模态隔离机构的设计，即驱动耦合模组的设计，使得驱动的共模模态远远大于陀螺仪工作时的有用模态，提高了陀螺仪的抗振性能。X轴检测质量块模组和Y轴检测质量块位于驱动结构的内侧，Z轴检测质量块模组位于驱动结构的外侧，各轴独立存在，均可实现差分输出，避免输出信号串扰。Z轴中间质量块模组用于连接驱动结构和Z轴检测质量块模组，使得驱动结构和Z轴检测质量块模组在机械上互相解耦，避免的驱动过程对Z轴方向信号输出的影响。由于所述驱动固定弹簧模组的作用，使得X、Y、Z三轴感应角速度时，不会将检测位耦合到驱动结构，使得陀螺仪驱动更加稳定，精度更高。

除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。另外，由于工艺及设计原因，而使陀螺仪在外观上与本发明不同，例如均布孔洞等，然而其原理与本发明技术方案实质相同的，也落在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种全解耦三轴微机械陀螺仪，以衬底为基础分布设有中心弹性机构、驱动机构和三轴检测机构，其特征在于：以中心弹性机构为参照中心，所述驱动机构包括相互对称的第一驱动框架、第二驱动框架和相互对称的第三驱动框架和第四驱动框架，并通过驱动耦合模组将所述第一驱动框架、第四驱动框架、第二驱动框架和第三驱动框架按顺时针方向依次相连成环状；

在驱动机构外侧接设有Z轴检测机构；

在驱动机构内侧接设有X轴检测机构模组和Y轴检测机构模组，其中所述X轴检测机构模组包括设于第一驱动框架内侧的第一X轴检测机构和设于第二驱动框架内侧的第二X轴检测机构，所述Y轴检测机构模组包括设于第三驱动框架内侧的第一Y轴检测机构和设于第四驱动框架内侧的第二Y轴检测机构。

2.根据权利要求1所述全解耦三轴微机械陀螺仪，其特征在于：所述第三驱动框架范围内设有由第一驱动反馈可动梳齿和第一驱动反馈固定梳齿构成的第一驱动反馈机构，其中第一驱动反馈可动梳齿与第三驱动框架相连，第一驱动反馈固定梳齿通过锚点固定在衬底上；

所述第四驱动框架范围内设有由第二驱动反馈可动梳齿和第二驱动反馈固定梳齿构成的第二驱动反馈机构，其中第二驱动反馈可动梳齿与第四驱动框架相连，第二驱动反馈固定梳齿通过锚点固定在衬底上。

3.根据权利要求1所述全解耦三轴微机械陀螺仪，其特征在于：所述驱动机构还设有由驱动可动梳齿和驱动固定梳齿构成的驱动梳齿模组，其中驱动可动梳齿相接于第三驱动框架和第四驱动框架上，驱动固定梳齿通过锚点固定在衬底上；

并以中心弹性机构为参照中心，第三驱动框架范围内所设两个驱动梳齿模组与第四驱动框架范围内所设两个驱动梳齿模组相互对称。

4.根据权利要求1所述全解耦三轴微机械陀螺仪，其特征在于：所述Z轴检测机构包括悬浮设于衬底上的Z轴检测质量块模组，Z轴中间质量块模组，Z轴驱动模组，Z轴检测耦合质量块模组和Z轴检测梳齿模组，其中所述Z轴检测质量块模组包括设于第一驱动框架外侧的第一Z轴检测质量块和设于第二驱动框架外侧的第二Z轴检测质量块，且Z轴检测质量块模组通过Z轴固定弹簧机构及锚点固定在衬底上；

所述Z轴驱动模组包括第一Z轴驱动模组，第二Z轴驱动模组，第三Z轴驱动模组和第四Z轴驱动模组，且两两沿X轴或Y轴对称分布；

所述Z轴检测耦合质量块模组包括设于第三驱动框架外侧的第一Z轴检测耦合质量块和设于第四驱动框架外侧的第二Z轴检测耦合质量块；

第一Z轴驱动模组的一端连接第一Z轴检测质量块，另一端连接第一Z轴检测耦合质量块，第二Z轴驱动模组的一端连接第一Z轴检测质量块，另一端连接第二Z轴检测耦合质量块，第三Z轴驱动模组的一端连接第二Z轴检测质量块，另一端连接第二Z轴检测耦合质量块，第四Z轴驱动模组的一端连接第二Z轴检测质量块，另一端连接第一Z轴检测耦合质量块，且四个Z轴驱动模组的各自中段通过锚点固定于衬底上；

所述Z轴中间质量块模组包括设于第一驱动框架与第一Z轴检测质量块之间并通过Z轴过渡弹簧机构三者互联的第一Z轴中间质量块，和设于第二驱动框架与第二Z轴检测质量块之间并通过Z轴过渡弹簧机构三者互联的第二Z轴中间质量块；

所述Z轴检测梳齿模组由Z轴可动梳齿和Z轴固定梳齿组成，且Z轴可动梳齿均匀分布成型于Z轴检测质量块模组上，Z轴固定梳齿通过锚点固定在衬底上。

5.根据权利要求1所述全解耦三轴微机械陀螺仪，其特征在于：所述第一X轴检测机构包括固设于衬底上的第一X轴下极板及其上设为悬浮状的第一X轴质量块，所述第一X轴质量块的一端通过第一X轴扭转机构与第一驱动框架相连；所述第二X轴检测机构包括固设于衬底上的第二X轴下极板及其上设为悬浮状的第二X轴质量块，所述第二X轴质量块的一端通过第二X轴扭转机构与第二驱动框架相连，且两个X轴质量块的另一端分两侧与所述中心弹性机构相连。

6.根据权利要求1所述全解耦三轴微机械陀螺仪，其特征在于：所述第一Y轴检测机构包括固设于衬底上的第一Y轴下极板及其上设为悬浮状的第一Y轴质量块，所述第一Y轴质量块的一端通过第一Y轴扭转机构与第三驱动框架相连；所述第二Y轴检测机构包括固设于衬底上的第二Y轴下极板及其上设为悬浮状的第二Y轴质量块，所述第二Y轴质量块的一端通过第二Y轴扭转机构与第四驱动框架相连，且两个Y轴质量块的另一端分两侧与所述中心弹性机构相连。

7.根据权利要求1所述全解耦三轴微机械陀螺仪，其特征在于：所述中心弹性机构设有中部定位且十字牵引的弹簧模组及围绕弹簧模组的连接板，所述弹簧模组的两个自由端通过连接板与折叠连接机构相连；以弹簧模组为参照中心，所述折叠连接机构包括相互对称的第一折叠连接部和第二折叠连接部和相互对称的第三折叠连接部和第四折叠连接部，其中第一折叠连接部与第一X轴检测机构相对接，第二折叠连接部与第二X轴检测机构相对接，第三折叠连接部与第一Y轴检测机构相对接，第四折叠连接部与第二Y轴检测机构相对接。

8.根据权利要求1所述全解耦三轴微机械陀螺仪，其特征在于：所述驱动耦合模组共设有四组且两两沿X轴或Y轴对称分布，在相邻的两个驱动框架之间各接入一组驱动耦合模组。

9.根据权利要求8所述全解耦三轴微机械陀螺仪，其特征在于：每组所述驱动耦合模组包括一个驱动连接质量块和若干驱动耦合弹簧，其中所述驱动耦合弹簧共用于连接驱动连接质量块及与之相邻的两个驱动框架，并且驱动连接质量块通过驱动耦合弹簧固定于锚点。