CN213120570U - 一种mems陀螺仪及电子产品 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种MEMS陀螺仪及电子产品，MEMS陀螺仪包括基底、第一环形件、第二环形件、连接组件、固定件、第二辐条及电极组件，通过电极组件驱动第一环形件及第二环形件沿相互垂直的第一方向和第二方向振动，并检测第一环形件及第二环形件沿与第一方向的夹角呈45度方向或与第一方向的夹角呈135度方向的振动位移，利用环形陀螺仪几何结构高度对称的特征，提高陀螺仪的灵敏度，同时具有更大的刚度，更高的模态频率，提高抗振动特性。

Description

一种MEMS陀螺仪及电子产品

技术领域

本实用新型涉及陀螺仪技术领域，特别是涉及一种MEMS陀螺仪及电子产品。

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。

环形陀螺仪的几何结构高度对称，陀螺的驱/检模态完全相同，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，现有的环形陀螺仪受限于结构，在驱/检模态变形时，抗振动特性差。

因而，有必要提供一种新的MEMS陀螺仪以解决上述的问题。

实用新型内容

本实用新型主要是提供一种MEMS陀螺仪及电子产品，能够提高陀螺仪的灵敏度及抗振动特性。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种MEMS陀螺仪，所述MEMS陀螺仪包括：基底；第一环形件，悬置于所述基底上；第二环形件，套设于所述第一环形件外侧并与所述第一环形件间隔设置，且悬置于所述基底上；连接组件，设置于所述第一环形件与所述第二环形件之间且包括第三环形件及多个第一辐条，所述第三环形件套设于所述第一环形件外侧并分别与所述第一环形件及所述第二环形件间隔设置，且悬置于所述基底上，所述多个第一辐条分别连接所述第一环形件与所述第三环形件、所述第二环形件与所述第三环形件；固定件，与所述基底固定连接，套设于所述第二环形件外侧并与所述第二环形件间隔设置；第二辐条，连接所述第二环形件及所述固定件；电极组件，与所述基底固定连接，用于与所述第一环形件、所述第二环形件及所述第三环形件中的至少一个形成电容，以驱动所述第一环形件及所述第二环形件沿相互垂直的第一方向和第二方向振动，并检测所述第一环形件及所述第二环形件沿与所述第一方向的夹角呈45度方向或与所述第一方向的夹角呈135度方向的振动位移。

在一具体实施方式中，所述电极组件包括第一电极组及第二电极组，所述第一电极组包括第一驱动电极及第一检测电极，所述第一驱动电极与所述第一环形件间隔设置形成第一电容，所述第一电容用于驱动所述第一环形件沿所述第一方向及所述第二方向振动，形成第一振动形态；所述第二电极组包括第二驱动电极和第二检测电极，所述第二驱动电极与所述第二环形件间隔设置形成第三电容，第三电容用于驱动所述第二环形件沿所述第一方向及所述第二方向振动，形成第二振动形态；所述第一振动形态与所述第二振动形态异步振动。

在一具体实施方式中，所述第一检测电极与所述第一环形件间隔设置形成第二电容，所述第二电容用于检测所述第一环形件沿所述45度方向或所述135度方向的振动位移，所述第二检测电极与第二环形件间隔设置形成第四电容，所述第四电容用于检测所述第二环形件沿所述45度方向或所述135度方向的振动位移。

在一具体实施方式中，所述第一电极组环形排布于所述第一环形件的内测，所述第二电极组环形排布于所述第二环形件的外侧。

在一具体实施方式中，所述第一环形件、所述第二环形件及所述第三环形件中的至少一个的数量为多个，所述多个第一环形件和/或所述多个第二环形件和/或所述多个第三环形件彼此间隔设置，所述陀螺仪还包括第三辐条，所述第三辐条连接所述多个第一环形件和/或连接多个第二环形件和/或连接多个第三环形件。

在一具体实施方式中，所述第一环形件、所述第二环形件及所述第三环形件的外轮廓分别为正8M角星、正8N角星及正8L角星,其中，M、N、L为正整数。

在一具体实施方式中，所述第一环形件、所述第二环形件及所述第三环形件的星角数满足N≥L≥M。

在一具体实施方式中，所述第二辐条的数量为4N个，所述4N个第二辐条沿所述第二环形件的周向阵列排布。

在一具体实施方式中，所述第一电极组及所述第二电极组中的至少一个还包括功能电极，所述功能电极包括用于施力、检测、调频或消除正交误差的多个电极。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种电子产品，所述电子产品包括上述的MEMS陀螺仪。

本实用新型的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型提供的MEMS陀螺仪包括基底；第一环形件，悬置于基底上；第二环形件，套设于第一环形件外侧并与第一环形件间隔设置，且悬置于基底上；连接组件，设置于第一环形件与第二环形件之间且包括第三环形件及多个第一辐条，第三环形件套设于第一环形件外侧并分别与第一环形件及第二环形件间隔设置，且悬置于基底上，多个第一辐条分别连接第一环形件与第三环形件、第二环形件与第三环形件；固定件，与基底固定连接，套设于第二环形件外侧并与第二环形件间隔设置；第二辐条，连接第二环形件及固定件；电极组件，与基底固定连接，用于与第一环形件、第二环形件及第三环形件中的至少一个形成电容，以驱动第一环形件及第二环形件沿相互垂直的第一方向和第二方向振动，并检测第一环形件及第二环形件沿与第一方向的夹角呈45度方向或与第一方向的夹角呈135度方向的振动位移，利用环形陀螺仪几何结构高度对称的特征，提高陀螺仪的灵敏度，同时具有更大的刚度，更高的模态频率，提高抗振动特性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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，其中：

图1是本实用新型提供的MEMS陀螺仪1的结构示意图；

图2是图1中所示的MEMS陀螺仪1去除基底的立体结构示意图；

图3是图2所示立体结构的正面示意图；

图4是图3中A部分的放大示意图；

图5是图3中B部分的放大示意图；

图6中图1中MEMS陀螺仪10的驱动模态仿真示意图；

图7是图1中MEMS陀螺仪10的检测模态仿真示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型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，在本实用新型中涉及“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，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

请一并参阅图1、图2、图3及图4，本实施方式中的MEMS陀螺仪1基底10、包括第一环形件11、第二环形件12、连接组件13、固定件14、第二辐条15及电极组件16。

其中，基底10用于提供固定支撑。

第一环形件11悬置于基底10上，在本实施方式中，第一环形件11的外轮廓为正8M角星，M为正整数，比如在本实施例图示中，第一环形件11的外轮廓为正十六角星。

第二环形件12套设于第一环形件11外侧并与第一环形件11间隔设置，且悬置于基底10上，也即第一环形件11设置于第二环形件12的内部并与第二环形件12间隔设置。

其中，第二环形件12的外轮廓为正8N角星，N为正整数，比如在本实施例图示中，第二环形件12的外轮廓为正十六角星。

连接组件13设置于第一环形件11与第二环形件12之间且包括第三环形件131及多个第一辐条132，第三环形件131套设于第一环形件11外侧并分别与第一环形件11及第二环形件12间隔设置，且悬置于基底10上，多个第一辐条132分别设置于第一环形件11与第三环形件131之间、第二环形件12与第三环形件131之间，以分别连接第一环形件11与第三环形件131、第二环形件12与第三环形件131。

其中，第三环形件131的外轮廓为正8L角星，L为正整数，比如在本实施方式图示中，第三环形件131的外轮廓为正十六角星。

可选地，在本实施方式中，第一环形件11、第二环形件12及第三环形件131的星角数满足N≥L≥M。

可选地，上述的第一环形件11、第二环形件12及第三环形件131中的至少一个的数量为多个，多个第一环形件11和/或多个第二环形件12和/或多个第三环形件131彼此间隔设置，在本实施方式中，第一环形件11、第二环形件12及第三环形件131的数量均为多个，多个第一环形件11依次间隔设置，多个第三环形件131依次间隔套设于第一环形件11，多个第二环形件12依次间隔套设于第三环形件131。

进一步的，本实施方式中的MEM陀螺仪1还包括第三辐条17，第三辐条17连接多个第一环形件11和/或连接多个第二环形件12和/或连接多个第三环形件131，在本实施方式中，第三辐条17的数量为多个，多个第三辐条17连接多个第一环形件11、连接多个第二环形件12及连接多个第三环形件131。

固定件14与基底10固定连接，套设于第二环形件12并于第二环形件12间隔设置，也即第二环形件12设置于固定件14的内部，并于固定件14间隔设置。

其中，基底10与固定件14通过胶粘固定连接，或，两者一体成型，该固定件14的外轮廓可以是圆形或正多角星形，本实施例图示中以圆形为例。

第二辐条15设置于第二环形件12与固定件14之间，以连接第二环形件12及固定件14。

可选地，第二辐条15的数量为4N个，4N个第二辐条15沿第二环形件12的周向阵列排布，比如在本实施例图示中，第二辐条15的数量为八个。

电极组件16与基底10固定连接，用于与第一环形件11、第二环形件12及第三环形件131中的至少一个形成电容，以驱动第一环形件11及第二环形件12沿相互垂直的第一方向和第二方向振动，并检测第一环形件11及第二环形件12沿与第一方向的夹角呈45度方向或与第一方向的夹角呈135度方向的振动位移。

在本实施方式中，以如图3所示X轴方向为第一方向、Y轴方向为第二方向为例进行说明，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。

请一并参阅图5、图6及图7，电极组件16包括第一电极组161及第二电极组162。

其中，第一电极组161包括第一驱动电极1611及第一检测电极1612。第一驱动电极1611与第一环形件11间隔设置形成第一电容1601。工作时，在第一驱动电极1611上施以交流电，从而使得第一电容1601产生驱动力驱动第一环形件11沿第一方向X和第二方向Y振动，形成第一振动形态S1。第一检测电极1612与第一环形件11间隔设置形成第二电容1602。第二电极组162包括第二驱动电极1621及第二检测电极1622。第二驱动电极1621与第二环形件12间隔设置形成第三电容1603，工作时，向所述第三电容1603输入交流电从而使得第三电容1603驱动第二环形件12沿第一方向X和第二方向Y振动形成第二振动形态S2，第一振动形态S1与第二振动形态S2异步振动。第二检测电极1622与第二环形件12间隔设置形成第四电容1604。第一振动形态S1和第二振动形态S2为反向振动。

具体的，陀螺仪1一般应用于电子产品，在使用时，电子产品没有转动的情况下，第一环形件11在第一电容1601产生的驱动力的驱动作用下沿第一方向X及第二方向Y振动，第二环形件12在第三电容1063产生的驱动力的驱动作用下沿第一方向X及第二方向Y振动，形成如图5所示的振动模态。

当电子产品发生转动时，根据哥氏原理，电子产品转动的角速度产生第一环形件11沿45度方向D和135度方向M的第一哥氏力合力F3及第二环形件12沿45度方向D和135度方向M的第二哥氏力合力F4，第一哥氏力合力F3及第二哥氏力合力F4分别迫使第一环形件11及第二环形件12沿45度方向D和135度方向M振动，形成如图6所示的检测模态，第二电容1602用于检测第一环形件11沿45度方向D和135度方向M的振动位移，即根据电容的变化计算振动位移；第四电容1604用于检测第二环形件12沿45度方向D和135度方向M的振动位移，即根据电容的变化计算振动位移，经过运算处理即可获得电子产品转动的角速度的大小。

其中，当第一环形件11与第二环形件12如发生上述的振动时，会产生形变，位于第一环形件11与第二环形件12之间的第三环形件131也会随之发生形变，从而使得本实施方式中的陀螺仪1具有更大的刚度，更高的模态频率，即具有更佳的抗振动特性，同时，由于本实施方式中的第一环形件11、第二环形件12及第三环形件131的外轮廓均为正角星，因此，降低了变形难度，热弹性损失较小，提高MEMS陀螺仪的品质因数。

可以理解的，本实施例方式中通过第一驱动电极1611驱动第一环形件11振动，并通过第一检测电极1612检测振动位移，通过第二驱动电极1621驱动第二环形件12振动，并通过第二检测电极1622检测第二环形件12的振动位移，在其他实施方式中，也可以仅通过一个驱动电极驱动第一环形件11及第二环形件12振动，比如通过第一驱动电极1611与第一环形件11形成的第一电容1602或第二驱动电极1621与第二环形件12形成的第三电容1603驱动第一环形件11与第二环形件12沿第一方向和第二方向振动，也可以仅通过一个检测电极检测第一环形件11与第二环形件12的振动位移，比如通过第一检测电极1612与第一环形件11形成的第三电容1603或第二驱动电极1622与第二环形件12形成的第四电容1604检测第一环形件11及第二环形件12沿45度方向或135度方向的振动位移，并最终获得电子产品转动的角速度的大小，其原理与上述描述的相同，在此不再赘述。

进一步的，本实施方式中的第一电极组件161及第二电极组件162中的至少一个还包括功能电极1613，功能电极1613包括可以分别用于施力/检测、调频或消除正交误差多个电极，在本实施方式中，第一电极组件161及第二电极组件162均包括多个功能电极1613。

可选地，本实施方式中的第一电极组161环形布设于第一环形件11的内侧，第二电极组162环形布设于第二环形件12的外侧，当然，在其他实施方式中，第一电极组161及第二电极组162的排布方式不限于此，比如，第一电极组161与第二电极组162的排布方式不限于此，比如第一电极组161及第二电极组162的数量均为两个，两个第一电极组161分别环形布设于第一环形件11的内侧及外侧，两个第二电极组162分别环形布设于第二环形件12的内侧及外侧。

本实施方式还提供了一种电子产品，该电子产品包括上述实施例中的MEMS陀螺仪1。

区别于现有技术，本实施方式提供的MEMS陀螺仪包括基底；第一环形件，悬置于基底上；第二环形件，套设于第一环形件外侧并与第一环形件间隔设置，且悬置于基底上；连接组件，设置于第一环形件与第二环形件之间且包括第三环形件及多个第一辐条，第三环形件套设于第一环形件外侧并分别与第一环形件及第二环形件间隔设置，且悬置于基底上，多个第一辐条分别连接第一环形件与第三环形件、第二环形件与第三环形件；固定件，与基底固定连接，套设于第二环形件外侧并与第二环形件间隔设置；第二辐条，连接第二环形件及固定件；电极组件，与基底固定连接，用于与第一环形件、第二环形件及第三环形件中的至少一个形成电容，以驱动第一环形件及第二环形件沿相互垂直的第一方向和第二方向振动，并检测第一环形件及第二环形件沿与第一方向的夹角呈45度方向或与第一方向的夹角呈135度方向的振动位移，利用环形陀螺仪几何结构高度对称的特征，提高陀螺仪的灵敏度，同时具有更大的刚度，更高的模态频率，提高抗振动特性。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种MEMS陀螺仪，其特征在于，所述MEMS陀螺仪包括：

基底；

第一环形件，悬置于所述基底上；

第二环形件，套设于所述第一环形件外侧并与所述第一环形件间隔设置，且悬置于所述基底上；

连接组件，设置于所述第一环形件与所述第二环形件之间且包括第三环形件及多个第一辐条，所述第三环形件套设于所述第一环形件外侧并分别与所述第一环形件及所述第二环形件间隔设置，且悬置于所述基底上，所述多个第一辐条分别连接所述第一环形件与所述第三环形件、所述第二环形件与所述第三环形件；

固定件，与所述基底固定连接，套设于所述第二环形件外侧并与所述第二环形件间隔设置；

第二辐条，连接所述第二环形件及所述固定件；

电极组件，与所述基底固定连接，用于与所述第一环形件、所述第二环形件及所述第三环形件中的至少一个形成电容，以驱动所述第一环形件及所述第二环形件沿相互垂直的第一方向和第二方向振动，并检测所述第一环形件及所述第二环形件沿与所述第一方向的夹角呈45度方向或与所述第一方向的夹角呈135度方向的振动位移。

2.根据权利要求1所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，所述电极组件包括第一电极组及第二电极组，所述第一电极组包括第一驱动电极及第一检测电极，所述第一驱动电极与所述第一环形件间隔设置形成第一电容，所述第一电容用于驱动所述第一环形件沿所述第一方向及所述第二方向振动，形成第一振动形态；

所述第二电极组包括第二驱动电极和第二检测电极，所述第二驱动电极与所述第二环形件间隔设置形成第三电容，第三电容用于驱动所述第二环形件沿所述第一方向及所述第二方向振动，形成第二振动形态；

所述第一振动形态与所述第二振动形态异步振动。

3.根据权利要求2所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，所述第一检测电极与所述第一环形件间隔设置形成第二电容，所述第二电容用于检测所述第一环形件沿所述45度方向或所述135度方向的振动位移，所述第二检测电极与第二环形件间隔设置形成第四电容，所述第四电容用于检测所述第二环形件沿所述45度方向或所述135度方向的振动位移。

4.根据权利要求2所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，所述第一电极组环形排布于所述第一环形件的内测，所述第二电极组环形排布于所述第二环形件的外侧。

5.根据权利要求1所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，所述第一环形件、所述第二环形件及所述第三环形件中的至少一个的数量为多个，所述多个第一环形件和/或所述多个第二环形件和/或所述多个第三环形件彼此间隔设置，所述陀螺仪还包括第三辐条，所述第三辐条连接所述多个第一环形件和/或连接多个第二环形件和/或连接多个第三环形件。

6.根据权利要求1所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，所述第一环形件、所述第二环形件及所述第三环形件的外轮廓分别为正8M角星、正8N角星及正8L角星,其中，M、N、L为正整数。

7.根据权利要求6所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，所述第一环形件、所述第二环形件及所述第三环形件的星角数满足N≥L≥M。

8.根据权利要求6所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，所述第二辐条的数量为4N个，所述4N个第二辐条沿所述第二环形件的周向阵列排布。

9.根据权利要求2所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，所述第一电极组及所述第二电极组中的至少一个还包括功能电极，所述功能电极包括用于施力、检测、调频或消除正交误差的多个电极。

10.一种电子产品，其特征在于，所述电子产品包括权利要求1至9任一项所述的MEMS陀螺仪。

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