CN218646328U - 微机电陀螺 - Google Patents
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Abstract
本公开了提供了一种微机电陀螺，包括：基板、第一音叉结构、第二音叉结构、多个固定部、多个梁结构和多个桁架结构，多个梁结构包括：对称分布在第一音叉结构两侧的多个第一主驱动梁以及对称分布在第二音叉结构两侧的多个第二主驱动梁，多个桁架结构包括多个耦合桁架，分别连接相应的第一主驱动梁与第二主驱动梁，以将第一音叉结构与第二音叉结构耦合连接。该微机电陀螺通过耦合桁架将各音叉结构两侧的主驱动梁连接，达到了耦合第一音叉与第二音叉的目的，又由于主驱动梁是对称分布在各音叉结构两侧的，从而提高了微机电陀螺的结构与受力的对称性，进而提升陀螺的性能。
Description
技术领域
本公开涉及半导体器件技术领域，更具体地，涉及微机电陀螺。
背景技术
微机电陀螺由于体积小、重量轻、成本低、可靠性高等优点，已广泛应用于消费类电子、工业机器人、汽车安全、飞行器控制等领域。在各种微机电陀螺的结构形式中，线振动音叉式陀螺结构是研究和应用最多的，占主导地位。音叉式微机电陀螺工作时，两个音叉结构在驱动力作用下，在平面内沿X轴以相反方向振动，当有沿Z轴的角速度输入时，音叉结构在科氏力作用下沿Y轴以相反方向振动。为提高驱动效率，音叉需工作在驱动模态，即以谐振频率沿X轴方向振动。
如图1所示，为使第一音叉11与第二音叉12的谐振频率一致，需要采用耦合梁13将第一音叉11与第二音叉12连接在一起。通过这种方式，第一、第二音叉结构形成一个耦合体，保证了微机电陀螺敏感结构的驱动模态是第一、第二音叉结构以本征频率反相运动。但是，由于该耦合结构的存在，破坏了每个音叉自身结构以及受力的对称性，增大了加工误差对陀螺性能的影响。
因此，希望提供一种改进的微机电陀螺，以提高产品的性能。
实用新型内容
有鉴于此，本公开提供了一种改进的微机电陀螺，通过设置耦合桁架将各音叉结构两侧对称分布的主驱动梁连接，从而提高了微机电陀螺的结构与受力的对称性，进而提升陀螺的性能。
根据本公开实施例提供的微机电陀螺，包括：基板；
第一音叉结构与第二音叉结构，分别位于所述基板上方并与所述基板分隔；
多个固定部，固定于所述基板上；以及
多个梁结构，位于所述基板上方并与所述基板分隔，所述第一音叉结构与所述第二音叉结构分别通过相应的所述梁结构与相应的所述固定部连接，
其中，所述多个梁结构包括多个驱动梁，所述多个驱动梁包括：
多个第一主驱动梁，与所述第一音叉结构相连，所述多个第一主驱动梁关于第一对称轴对称分布在所述第一音叉结构的两侧；以及
多个第二主驱动梁，与所述第二音叉结构相连，所述多个第二主驱动梁关于第二对称轴对称分布在所述第二音叉结构的两侧，
所述微机电陀螺还包括多个桁架结构，所述多个桁架结构包括多个耦合桁架，每个所述耦合桁架分别连接相应的所述第一主驱动梁与所述第二主驱动梁，以将所述第一音叉结构与所述第二音叉结构耦合连接，
其中，所述第一对称轴与所述第二对称轴均相对垂直于所述基板的厚度方向和所述微机电陀螺的驱动轴，所述驱动轴沿第一方向延伸并相对垂直于所述厚度方向。
可选地，所述多个驱动梁还包括多个支撑梁，分别连接相应的所述固定部与相应的所述耦合桁架，
其中，一部分所述支撑梁关于所述第一对称轴对称分布在所述第一音叉结构的两侧，另一部分所述支撑梁关于所述第二对称轴对称分布在所述第二音叉结构的两侧。
可选地，所述多个耦合桁架包括第一耦合桁架与第二耦合桁架，均沿所述第一方向延伸，所述第一耦合桁架与所述第二耦合桁架关于第三对称轴对称分布在所述第一音叉结构与所述第二音叉结构的外侧，所述第三对称轴相对平行于所述第一方向。
可选地，所述第一音叉结构与所述第二音叉结构为对称分布在主对称轴两侧的相同结构，所述第一对称轴和所述第二对称轴相对平行于所述主对称轴，所述第一音叉结构关于所述第一对称轴对称，所述第二音叉结构关于所述第二对称轴对称，
所述第一音叉结构包括：
第一质量块，所述第一质量块呈框形；
第一驱动单元，包括第一子驱动单元与第二子驱动单元，所述第一子驱动单元与所述第二子驱动单元关于所述第三对称轴对称分布在所述第一质量块的两侧；以及
第一检测单元，位于所述第一质量块内侧，所述第一驱动单元和所述第一检测单元通过部分所述梁结构分别与所述第一质量块连接，
所述第二音叉结构包括：
第二质量块，所述第二质量块呈框形；
第二驱动单元，包括第三子驱动单元与第四子驱动单元，所述第三子驱动单元与所述第四子驱动单元关于所述第三对称轴对称分布在所述第二质量块的两侧；以及
第二检测单元，位于所述第二质量块内侧，所述第二驱动单元和所述第二检测单元通过部分所述梁结构分别与所述第二质量块连接。
可选地，所述多个第一主驱动梁与所述多个第二主驱动梁均沿第二方向延伸，所述第二方向相对垂直于所述第一方向与所述厚度方向，
所述多个第一主驱动梁包括：
第一驱动梁，两端分别连接所述第一子驱动单元与所述第一耦合桁架；
第二驱动梁，两端分别连接所述第二子驱动单元与所述第二耦合桁架；
第三驱动梁，两端分别连接所述第一子驱动单元与所述第一耦合桁架；以及
第四驱动梁，两端分别连接所述第二子驱动单元与所述第二耦合桁架，
所述多个第二主驱动梁包括：
第五驱动梁，两端分别连接所述第三子驱动单元与所述第一耦合桁架；
第六驱动梁，两端分别连接所述第四子驱动单元与所述第二耦合桁架；
第七驱动梁，两端分别连接所述第三子驱动单元与所述第一耦合桁架；以及
第八驱动梁，两端分别连接所述第四子驱动单元与所述第二耦合桁架。
可选地，所述多个固定部包括第一固定部、第二固定部、第三固定部、第四固定部、第五固定部以及第六固定部，所述第一子驱动单元位于所述第一固定部与所述第三固定部之间，所述第二子驱动单元位于所述第二固定部与所述第四固定部之间，所述第三子驱动单元位于所述第三固定部与所述第五固定部之间，所述第四子驱动单元位于所述第四固定部与所述第六固定部之间，
所述多个支撑梁均沿所述第二方向延伸，所述多个支撑梁分别与所述多个第一主驱动梁与所述多个第二主驱动梁分隔，
所述多个支撑梁包括：
第一支撑梁，两端分别连接所述第一固定部与所述第一耦合桁架；
第二支撑梁，两端分别连接所述第二固定部与所述第二耦合桁架；
第三支撑梁，两端分别连接所述第三固定部与所述第一耦合桁架；
第四支撑梁，两端分别连接所述第四固定部与所述第二耦合桁架；
第五支撑梁，两端分别连接所述第五固定部与所述第一耦合桁架；
第六支撑梁，两端分别连接所述第六固定部与所述第二耦合桁架；
第七支撑梁，两端分别连接所述第七固定部与所述第一耦合桁架；以及
第八支撑梁，两端分别连接所述第八固定部与所述第二耦合桁架。
可选地，所述第一驱动梁与所述第三驱动梁、所述第一支撑梁与所述第三支撑梁、所述第二驱动梁与所述第四驱动梁、所述第二支撑梁与所述第四支撑梁分别关于所述第一对称轴对称分布，
所述第五驱动梁与所述第七驱动梁、所述第五支撑梁与所述第七支撑梁、所述第六驱动梁与所述第八驱动梁、所述第六支撑梁与所述第八支撑梁分别关于所述第二对称轴对称分布，
所述第一驱动梁与所述第二驱动梁、所述第一支撑梁与所述第二支撑梁、所述第三驱动梁与所述第四驱动梁、所述第三支撑梁与所述第四支撑梁、所述第五驱动梁与所述第六驱动梁、所述第五支撑梁与所述第六支撑梁、所述第七驱动梁与所述第八驱动梁、所述第七支撑梁与所述第八支撑梁分别关于所述第三对称轴对称分布。
可选地，所述第一子驱动单元包括第一连接部以及与所述第一连接部相连的多个驱动部，所述第二子驱动单元包括第二连接部以及与所述第二连接部相连的多个驱动部，所述第一连接部与所述第二连接部均沿所述第一方向延伸，
其中，所述第一连接部分别与所述第一驱动梁和所述第三驱动梁的一端相连，所述第二连接部分别与所述第二驱动梁和所述第四驱动梁的一端相连。
可选地，所述多个梁结构还包括多个检测梁，所述多个检测梁包括多个检测连接梁，所述多个检测连接梁均呈“几”字形结构，各所述检测连接梁包括位于开口的两个底端以及与开口相对的顶部，
所述多个检测连接梁包括：第一检测连接梁、第二检测连接梁、第三检测连接梁以及第四检测连接梁，
所述第一检测连接梁与所述第二检测连接梁的两底端分别与所述第一质量块和所述第一连接部连接，
所述第三检测连接梁与所述第四检测连接梁的两底端分别与所述第一质量块和所述第二连接部连接。
可选地，所述第一检测连接梁与所述第三检测连接梁关于所述第三对称轴对称分布在所述第一质量块的两侧，
所述第二检测连接梁与所述第四检测连接梁关于所述第三对称轴对称分布在所述第一质量块的两侧，
所述第一检测连接梁与所述第二检测连接梁关于所述第一对称轴对称分布，
所述第三检测连接梁与所述第四检测连接梁关于所述第一对称轴对称分布。
可选地，所述多个桁架结构还包括第一桁架与第二桁架，均沿所述第一方向延伸，所述第一桁架与所述第二桁架关于所述第三对称轴对称分布在所述第一质量块的两侧，
所述第一桁架的两端分别和所述第一检测连接梁与所述第二检测连接梁的顶部相连，所述第二桁架的两端分别和所述第三检测连接梁与所述第四检测连接梁的顶部相连。
可选地，所述第一检测单元关于所述第一对称轴对称分布，所述第一检测单元包括第一框架以及位于所述第一框架内的检测部，
所述多个驱动梁还包括多个驱动连接梁，所述多个驱动连接梁均呈“几”字形结构，各所述驱动连接梁包括位于开口的两个底端以及与开口相对的顶部，
所述多个驱动连接梁包括位于所述第一质量块内侧的第一驱动连接梁、第二驱动连接梁、第三驱动连接梁以及第四驱动连接梁，
所述第一驱动连接梁、所述第二驱动连接梁、所述第三驱动连接梁以及所述第四驱动连接梁的两底端分别连接所述第一质量块与所述第一框架。
可选地，所述第一驱动连接梁与所述第三驱动连接梁关于所述第一对称轴对称分布在所述第一框架的两侧，
所述第二驱动连接梁与所述第四驱动连接梁关于所述第一对称轴对称分布在所述第一框架的两侧，
所述第一驱动连接梁与所述第二驱动连接梁关于所述第三对称轴对称分布，
所述第三驱动连接梁与所述第四驱动连接梁关于所述第三对称轴对称分布。
可选地，所述多个桁架结构还包括第三桁架与第四桁架，均位于所述第一质量块内侧，并沿所述第一方向延伸，所述第三桁架与所述第四桁架关于所述第三对称轴对称分布在所述第一框架的两侧，
所述第三桁架的两端分别与所述第一驱动连接梁和所述第三驱动连接梁的顶部相连，所述第四桁架的两端分别与所述第二驱动连接梁和所述第四驱动连接梁的顶部相连。
可选地，所述多个固定部还包括第七固定部与第八固定部，均位于所述第一质量块内侧，
所述多个梁结构还包括多个检测梁，所述多个检测梁包括多个主检测梁，所述多个主检测梁均呈“几”字形结构，各所述主检测梁包括位于开口的两个底端以及与开口相对的顶部，
所述多个主检测梁包括位于所述第一质量块内侧的第一检测梁、第二检测梁、第三检测梁以及第四检测梁，
所述第一检测梁与所述第二检测梁的两底端分别与所述第七固定部和所述第一框架相连，
所述第三检测梁与所述第四检测梁的两底端分别与所述第八固定部和所述第一框架相连。
可选地，所述第一检测梁与所述第三检测梁关于所述第三对称轴对称分布在所述第一框架的两侧，
所述第二检测梁与所述第四检测梁关于所述第三对称轴对称分布在所述第一框架的两侧，
所述第一检测梁与所述第二检测梁关于所述第一对称轴对称分布，
所述第三检测梁与所述第四检测梁关于所述第一对称轴对称分布。
可选地，所述多个桁架结构还包括第五桁架与第六桁架，均位于所述第一质量块内侧，并沿所述第一方向延伸，所述第五桁架与所述第六桁架关于所述第三对称轴对称分布在所述第一框架的两侧，
所述第五桁架的两端分别和所述第一检测梁与所述第二检测梁的顶部相连，所述第六桁架的两端分别和所述第三检测梁与所述第四检测梁的顶部相连。
可选地，所述多个梁结构、所述多个固定部以及所述多个桁架结构均关于所述主对称轴对称分布。
根据本公开实施例提供的微机电陀螺，不仅实现了第一、第二音叉结构沿陀螺主对称轴的对称，而且通过耦合桁架将各音叉结构两侧的主驱动梁连接，既达到了耦合第一音叉与第二音叉的目的，又没有破坏每个音叉结构自身的对称性，从而提高了微机电陀螺的结构与受力的对称性，进而提升陀螺的性能。
进一步地，在各音叉结构两侧对称设置支撑梁，并通过支撑梁将各耦合桁架与相应的固定部固定，既增加了结构的力学稳定性，又保持了其耦合的有效性。
进一步地，本公开实施例提供的微机电陀螺还实现了陀螺驱动模态和检测模态的双解耦，使驱动、检测模态互不干扰。
因此，本公开提供的微机电陀螺可以提高产品的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1示出了线振动音叉式微机电陀螺结构的原理示意图。
图2示出了本公开实施例的微机电陀螺的立体结构示意图。
图3示出了本公开实施例的微机电陀螺的俯视结构示意图。
图4示出了图3中第一驱动单元的结构示意图。
图5示出了图3中第一检测单元的结构示意图。
图6与图7示出了图3中部分桁架结构的示意图。
图8示出了图3中第二驱动单元的结构示意图。
图9示出了图3中第二检测单元的结构示意图。
图10与图11示出了本公开实施例的微机电陀螺的耦合原理示意图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本公开。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。
在下文中描述了本公开的许多特定的细节，以便更清楚地理解本公开。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本公开。
本公开可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
图2示出了本公开实施例的微机电陀螺的立体结构示意图，图3示出了本公开实施例的微机电陀螺的俯视结构示意图。
如图2与图3所示，本公开的微机电陀螺包括：第一音叉结构100、第二音叉结构200、基板300、多个固定部、多个梁结构以及多个桁架结构。第一音叉结构100、第二音叉结构200、多个梁结构以及多个桁架结构均位于基板300上方并与基板300分隔。多个固定部位于基板300上，第一音叉结构100和第二音叉结构200分别通过相应的梁结构与相应的固定部连接。
多个固定部包括：锚点401(第一固定部)、锚点402(第二固定部)、锚点403(第三固定部)、锚点404(第四固定部)、锚点405(第七固定部)、锚点406(第八固定部)、锚点407、锚点408、多个锚点409、锚点410(第五固定部)、锚点411(第六固定部)、锚点412、锚点413、锚点414、锚点415以及多个锚点416。
多个梁结构包括多个驱动梁与多个检测梁。每个驱动梁沿X轴方向(第一方向)的刚度均远小于沿Y轴方向(第二方向)的刚度，因此多个驱动梁均沿X轴容易发生形变，而沿Y轴不易发生形变。每个检测梁沿X轴方向的刚度均远大于沿Y轴方向的刚度，因此多个检测梁均沿X轴不易发生形变，而沿Y轴容易发生形变。其中，X轴、Y轴、Z轴两两相互垂直，X轴可视为微机电陀螺的驱动轴，Y轴可视为检测轴，Z轴方向沿基板300的厚度方向，可视为敏感轴。
多个驱动梁包括多个第一主驱动梁、多个第二主驱动梁、多个支撑梁以及多个驱动连接梁。其中，每个第一主驱动梁、第二主驱动梁以及支撑梁为直梁结构，沿Y轴方向延伸；每个驱动连接梁均呈“几”字形结构，包括位于开口的两个底端以及与开口相对的顶部。
多个第一主驱动梁包括：驱动梁511(第一驱动梁)、驱动梁512(第二驱动梁)、驱动梁513(第三驱动梁)以及驱动梁514(第四驱动梁)。多个第二主驱动梁包括：驱动梁515(第五驱动梁)、驱动梁516(第六驱动梁)、驱动梁517(第七驱动梁)以及驱动梁518(第八驱动梁)。多个支撑梁包括：支撑梁551(第一支撑梁)、支撑梁552(第二支撑梁)、支撑梁553(第三支撑梁)、支撑梁554(第四支撑梁)、支撑梁555(第五支撑梁)、支撑梁556(第六支撑梁)、支撑梁557(第七支撑梁)以及支撑梁558(第八支撑梁)。多个驱动连接梁包括：驱动连接梁521(第一驱动连接梁)、驱动连接梁522(第二驱动连接梁)、驱动连接梁523(第三驱动连接梁)、驱动连接梁524(第四驱动连接梁)、驱动连接梁525、驱动连接梁526、驱动连接梁527以及驱动连接梁528。
每个检测梁均呈“几”字形结构，包括位于开口的两个底端以及与开口相对的顶部。多个检测梁包括多个检测连接梁与多个主检测梁。多个检测连接梁包括：检测连接梁531(第一检测连接梁)、检测连接梁532(第二检测连接梁)、检测连接梁533(第三检测连接梁)、检测连接梁534(第四检测连接梁)、检测连接梁535、检测连接梁536、检测连接梁537以及检测连接梁538。多个主检测梁包括：检测梁541(第一检测梁)、检测梁542(第二检测梁)、检测梁543(第三检测梁)、检测梁544(第四检测梁)、检测梁545、检测梁546、检测梁547以及检测梁548。
多个桁架均沿X轴方向延伸，包括：桁架610(第一耦合桁架)、桁架620(第二耦合桁架)、桁架633(第一桁架)、桁架634(第二桁架)、桁架635(第三桁架)、桁架636(第四桁架)、桁架637(第五桁架)、桁架638(第六桁架)、桁架643、桁架644、桁架645、桁架646、桁架647以及桁架648。
在本实施例中，第一音叉结构100与第二音叉结构200关于A-A轴(主对称轴)对称分布。第一音叉结构100关于AL-AL轴(第一对称轴)对称分布。第二音叉结构200关于AR-AR轴(第二对称轴)对称分布。A-A轴、AL-AL轴以及AR-AR轴均相对平行于Y轴。
多个梁结构分别关于A-A轴与B-B轴(第三对称轴)对称分布，多个桁架结构分别关于A-A轴与B-B轴对称分布，多个固定部分别关于A-A轴与B-B轴对称分布，其中，B-B轴相对平行于X轴。
图4示出了图3中第一驱动单元的结构示意图，图5示出了图3中第一检测单元的结构示意图。
如图3至图5所示，在本实施例中，第一音叉结构100包括：第一驱动单元110、第一检测单元120以及第一质量块130(第一科氏力单元)。
第一质量块130呈框形，第一检测单元120位于第一质量块130内侧。
第一驱动单元110位于第一质量块130外侧。
第一驱动单元110包括子驱动单元111(第一子驱动单元)和子驱动单元112(第二子驱动单元)。子驱动单元111与子驱动单元112关于B-B轴对称分布在第一质量块130的两侧。
子驱动单元111位于锚点401与锚点403之间，子驱动单元112位于锚点402与锚点404之间。驱动梁511的两端分别连接子驱动单元111与桁架610。驱动梁512的两端分别连接子驱动单元112与桁架620。驱动梁513的两端分别连接子驱动单元111与桁架610。驱动梁514的两端分别连接子驱动单元112与桁架620。支撑梁551的两端分别连接锚点401与桁架610。支撑梁552的两端分别连接锚点402与桁架620。支撑梁553的两端分别连接锚点403与桁架610。支撑梁554的两端分别连接锚点404与桁架620。
驱动梁511与驱动梁513关于AL-AL轴对称分布，驱动梁512与驱动梁514关于AL-AL轴对称分布，支撑梁551与支撑梁553关于AL-AL轴对称分布，支撑梁552与支撑梁554关于AL-AL轴对称分布；驱动梁511与驱动梁512关于B-B轴对称分布，驱动梁513与驱动梁514关于B-B轴对称分布，支撑梁551与支撑梁552关于B-B轴对称分布，支撑梁553与支撑梁554关于B-B轴对称分布。
如图3与图4所示，在本实施例中，子驱动单元111包括连接部631(第一连接部)以及与连接部631相连的多个驱动部101。子驱动单元112包括连接部632(第二连接部)以及与连接部632相连的多个驱动部101。其中，连接部631与连接部632均沿X轴方向延伸。连接部631分别与驱动梁511和驱动梁513的一端相连，连接部632分别与驱动梁512和驱动梁514的一端相连。
每个驱动部101为一组梳齿结构，每组梳齿结构包括可动梳齿101a和沿X轴方向分别位于可动梳齿101a两侧的固定梳齿101b与固定梳齿101c，其中，子驱动单元111中的可动梳齿101a与连接部631相连，子驱动单元112中的可动梳齿101a与连接部632相连，固定梳齿101b与101c分别和对应的锚点409相连。
如图3所示，检测连接梁531与检测连接梁532的两底端分别与第一质量块130和连接部631连接，检测连接梁533与检测连接梁534的两底端分别与第一质量块130和连接部632连接。
检测连接梁531与检测连接梁532关于AL-AL轴对称分布。检测连接梁533与检测连接梁534关于AL-AL轴对称分布。检测连接梁531与检测连接梁533关于B-B轴对称分布在第一质量块130的两侧。检测连接梁532与检测连接梁534关于B-B轴对称分布在第一质量块130的两侧。
桁架633与桁架634关于B-B轴对称分布在第一质量块130的两侧，其中，检测连接梁531与检测连接梁532的顶部相对，桁架633的两端分别和检测连接梁531与检测连接梁532的顶部相连。检测连接梁533与检测连接梁534的顶部相对，桁架634的两端分别和检测连接梁533与检测连接梁534的顶部相连。
如图3与图5所示，在本实施例中，第一检测单元120包括第一框架121与位于第一框架121内侧的检测部，检测部包括由多个固定极板122a与多个可动极板122b构成的多个电容。其中，一部分固定极板122a与锚点407相连，另一部分固定极板122a与锚点408相连。可动极板122b均与第一框架121相连。
如图3所示，驱动连接梁521、驱动连接梁522、驱动连接梁523以及驱动连接梁524均位于第一质量块130内侧，且驱动连接梁521/522/523/524的两底端分别连接第一质量块130与第一框架121。
驱动连接梁521与驱动连接梁522关于B-B轴对称分布，且开口相对两底端相连。驱动连接梁523与驱动连接梁524关于B-B轴对称分布，且开口相对两底端相连。驱动连接梁521与驱动连接梁523关于AL-AL轴对称分布在第一框架121的两侧。驱动连接梁522与驱动连接梁524关于AL-AL轴对称分布在第一框架121的两侧。
桁架635与桁架636均位于第一质量块130内侧，并关于B-B轴对称分布在第一框架121两侧。桁架635的两端分别与驱动连接梁521和驱动连接梁523的顶部相连，桁架636的两端分别与驱动连接梁522和驱动连接梁524的顶部相连。
锚点405、锚点406、检测梁541、检测梁542、检测梁543以及检测梁544均位于第一质量块130内侧。检测梁541与检测梁542的两底端分别与锚点405和第一框架121相连。检测梁543与检测梁544的两底端分别与锚点406和第一框架121相连。
检测梁541与检测梁542关于AL-AL轴对称分布。检测梁543与检测梁544关于AL-AL轴对称分布。检测梁541与检测梁543关于B-B轴对称分布在第一框架121的两侧。检测梁542与检测梁544关于B-B轴对称分布在第一框架121的两侧。
桁架637与桁架638关于B-B轴对称分布在第一框架121的两侧，其中，检测梁541与检测梁542的顶部相对，桁架637的两端分别和检测梁541与检测梁542的顶部相连。检测梁543与检测梁544的顶部相对，桁架638的两端分别和检测梁543与检测梁544的顶部相连。
在本实施例中，桁架633/634、637/638将相应成对的检测梁连接到一起，从而分别提升了检测梁对第一质量块130和第一框架121作用的一致性。如图6所示，在一些具体实施例中，用于连接检测梁对的桁架的两端与相应检测梁的顶部完全接触。如图7所示，在另一些具体实施例中，用于连接检测梁对的桁架的两端与相应检测梁的顶部仅部分接触。当然，本公开实施例并不限于此，可以根据具体需要对桁架的结构形式进行其它设计。
图8示出了图3中第二驱动单元的结构示意图，图9示出了图3中第二检测单元的结构示意图。
如图3、图8和图9所示，在本实施例中，第二音叉结构200包括：第二驱动单元210、第二检测单元220以及第二质量块230(第二科氏力单元)。第二质量块230呈框形，第二检测单元220位于第二质量块230内侧。第二驱动单元210位于第二质量块230外侧。
第二驱动单元210包括子驱动单元211(第三子驱动单元)和子驱动单元212(第四子驱动单元)。子驱动单元211与子驱动单元212关于B-B轴对称分布在第二质量块230的两侧。
子驱动单元211位于锚点410与锚点403之间，子驱动单元212位于锚点411与锚点404之间。驱动梁515的两端分别连接子驱动单元211与桁架610。驱动梁516的两端分别连接子驱动单元212与桁架620。驱动梁517的两端分别连接子驱动单元211与桁架610。驱动梁518的两端分别连接子驱动单元212与桁架620。支撑梁555的两端分别连接锚点410与桁架610。支撑梁556的两端分别连接锚点411与桁架620。支撑梁557的两端分别连接锚点403与桁架610。支撑梁558的两端分别连接锚点404与桁架620。
驱动梁515与驱动梁517关于AR-AR轴对称分布，驱动梁516与驱动梁518关于AR-AR轴对称分布，支撑梁555与支撑梁557关于AR-AR轴对称分布，支撑梁556与支撑梁558关于AR-AR轴对称分布；驱动梁515与驱动梁516关于B-B轴对称分布，驱动梁517与驱动梁518关于B-B轴对称分布，支撑梁555与支撑梁556关于B-B轴对称分布，支撑梁557与支撑梁558关于B-B轴对称分布。
如图3与图8所示，在本实施例中，子驱动单元211包括连接部641以及与连接部641相连的多个驱动部201。子驱动单元212包括连接部642以及与连接部642相连的多个驱动部201。其中，连接部641与连接部642均沿X轴方向延伸。连接部641分别与驱动梁515和驱动梁517的一端相连，连接部642分别与驱动梁516和驱动梁518的一端相连。
每个驱动部201为一组梳齿结构，每组梳齿结构包括可动梳齿201a和沿X轴方向分别位于可动梳齿201a两侧的固定梳齿201b与固定梳齿201c，其中，子驱动单元211中的可动梳齿201a与连接部641相连，子驱动单元212中的可动梳齿201a与连接部642相连，固定梳齿201b与201c分别和对应的锚点416相连。
如图3所示，检测连接梁535与检测连接梁536的两底端分别与第二质量块230和连接部641连接，检测连接梁537与检测连接梁538的两底端分别与第二质量块230和连接部642连接。
检测连接梁535与检测连接梁536关于AR-AR轴对称分布。检测连接梁537与检测连接梁538关于AR-AR轴对称分布。检测连接梁535与检测连接梁537关于B-B轴对称分布在第二质量块230的两侧。检测连接梁536与检测连接梁538关于B-B轴对称分布在第二质量块230的两侧。
桁架643与桁架644关于B-B轴对称分布在第二质量块230的两侧，其中，检测连接梁535与检测连接梁536的顶部相对，桁架643的两端分别和检测连接梁535与检测连接梁536的顶部相连。检测连接梁537与检测连接梁538的顶部相对，桁架644的两端分别和检测连接梁537与检测连接梁538的顶部相连。
如图3与图9所示，在本实施例中，第二检测单元220包括第二框架221与位于第二框架221内侧的检测部，检测部包括由多个固定极板222a与多个可动极板222b构成的多个电容。其中，一部分固定极板222a与锚点414相连，另一部分固定极板222a与锚点415相连。可动极板222b均与第二框架221相连。
如图3所示，驱动连接梁525、驱动连接梁526、驱动连接梁527以及驱动连接梁528均位于第二质量块230内侧，且驱动连接梁525/526/527/528的两底端分别连接第二质量块230与第二框架221。
驱动连接梁525与驱动连接梁526关于B-B轴对称分布，且开口相对两底端相连。驱动连接梁527与驱动连接梁528关于B-B轴对称分布，且开口相对两底端相连。驱动连接梁525与驱动连接梁527关于AR-AR轴对称分布在第二框架221的两侧。驱动连接梁526与驱动连接梁528关于AR-AR轴对称分布在第二框架221的两侧。
桁架645与桁架646均位于第二质量块230内侧，并关于B-B轴对称分布在第二框架221两侧。桁架645的两端分别与驱动连接梁525和驱动连接梁527的顶部相连，桁架646的两端分别与驱动连接梁526和驱动连接梁528的顶部相连。
锚点412、锚点413、检测梁545、检测梁546、检测梁547以及检测梁548均位于第二质量块230内侧。检测梁545与检测梁546的两底端分别与锚点412和第二框架221相连。检测梁547与检测梁548的两底端分别与锚点413和第二框架221相连。
检测梁545与检测梁546关于AR-AR轴对称分布。检测梁547与检测梁548关于AR-AR轴对称分布。检测梁545与检测梁547关于B-B轴对称分布在第二框架221的两侧。检测梁546与检测梁548关于B-B轴对称分布在第二框架221的两侧。
桁架647与桁架648关于B-B轴对称分布在第二框架221的两侧，其中，检测梁545与检测梁546的顶部相对，桁架647的两端分别和检测梁545与检测梁546的顶部相连。检测梁547与检测梁548的顶部相对，桁架648的两端分别和检测梁547与检测梁548的顶部相连。
在本实施例中，桁架643/644、647/648将相应成对的检测梁连接到一起，从而分别提升了检测梁对第二质量块230和第二框架221作用的一致性。其中，桁架643/644/647/648的具体结构可参照图6与图7。当然，本公开实施例并不限于此，可以根据具体需要对桁架的结构形式进行其它设计。
如图3所示，桁架610与桁架620关于B-B轴对称分布在第一音叉结构100与第二音叉结构200的外侧。驱动梁511/513/515/517的一端分别与桁架610相连，驱动梁512/514/516/518的一端分别与桁架620相连，从而将第一音叉结构100与第二音叉结构200耦合连接。桁架610通过支撑梁551/553/555/557分别与锚点401/403/410/403固定，桁架620通过支撑梁552/554/556/558分别与锚点402/404/411/404固定，从而既增加了结构的力学稳定性，又保持了其耦合的有效性。
然而，本实施例中的第一音叉结构100、第二音叉结构200、多个固定部、多个梁结构以及多个桁架结构的数量、位置、结构并不限于此，可以根据实际情况，对微机电陀螺的具体形式可做一定的调整。
对于第一音叉结构100而言，检测连接梁531/532/533/534的一底端连接第一驱动单元110，另一底端连接第一质量块130，从而实现第一驱动单元110与第一质量块130沿X轴运动的同步。驱动连接梁521/522/523/524的一底端连接第一检测单元120，另一底端连接第一质量块130，从而实现第一检测单元120与第一质量块130沿Y轴运动的同步。
对于第二音叉结构200而言，检测连接梁535/536/537/538的一底端连接第二驱动单元210，另一底端连接第二质量块230，从而实现第二驱动单元210与第二质量块230沿X轴运动的同步。驱动连接梁525/526/527/528的一底端连接第二检测单元220，另一底端连接第二质量块230，从而实现第二检测单元220与第二质量块230沿Y轴运动的同步。
以第一音叉结构100为例，在微机电陀螺工作时，第一驱动单元110在静电力的作用下沿X轴以谐振频率振动，驱动梁511/512/513/514、驱动连接梁521/522/523/524发生沿X轴的形变。在检测连接梁531/532/533/534的作用下，带动第一质量块130沿X轴同步运动。又由于检测梁541/542/543/544的约束，第一检测单元120不发生沿X轴的位移。当有沿Z轴的角速度输入时，第一驱动单元110和第一质量块130在科氏力作用下产生沿Y轴的运动趋势。同时，由于驱动连接梁521/522/523/524的作用，第一质量块130带动第一检测单元120沿Y轴同步运动。检测连接梁531/532/533/534、检测梁541/542/543/544发生沿Y轴的形变。但第一驱动单元110在驱动梁511/512/513/514的约束下，不发生沿Y轴的位移。第二音叉结构200的工作原理可参照第一音叉结构100，此处不再赘述。通过这样的设计，第一音叉结构100与第二音叉结构200中的驱动单元与检测单元的运动互不影响，从而实现了微机电陀螺的驱动模态和检测模态的双解耦功能。
以和第一音叉结构100对应的梁结构与桁架结构为例，“几”字形驱动连接梁521/523的顶部通过桁架635连接在一起，“几”字形驱动连接梁522/524的顶部通过桁架636连接在一起，加强了第一质量块130与第一检测单元120沿Y轴同步运动的对称性。“几”字形检测连接梁531/532的顶部通过桁架633连接在一起，几”字形检测连接梁533/534的顶部通过桁架634连接在一起，加强了驱动单元110对第一质量块130作用的一致性。“几”字形检测梁541/542的顶部通过桁架637连接在一起，几”字形检测梁543/544的顶部通过桁架634连接在一起，加强了锚点405和406对检测单元120作用的一致性。和第二音叉结构200对应的梁结构与桁架结构的有益效果可参照第一音叉结构100，此处不再赘述。通过桁架结构的设计，进一步提高了微机电陀螺的驱动模态和检测模态的双解耦效果。
进一步地，如图10与图11所示，驱动梁511/513/515/517的一端通过桁架610连接在一起，驱动梁512/514/516/518的一端通过桁架620连接在一起，从而实现了第一音叉结构100和第二音叉结构200的能量和运动耦合，实现了陀螺两个音叉驱动工作模态频率和相位的一致。进一步地，桁架610通过支撑梁551/553/555/557分别与锚点401/403/410/403固定，桁架620通过支撑梁552/554/556/558分别与锚点402/404/411/404固定，从而增加了陀螺结构的力学稳定性。
根据本公开实施例提供的微机电陀螺，不仅实现了第一、第二音叉结构沿陀螺主对称轴的对称，而且通过耦合桁架将各音叉结构两侧的主驱动梁连接，既达到了耦合第一音叉与第二音叉的目的，又没有破坏每个音叉自身的对称性，从而提高了微机电陀螺的结构与受力的对称性，进而提升陀螺的性能。
进一步地，本公开实施例提供的微机电陀螺还实现了陀螺驱动模态和检测模态的双解耦，使驱动、检测模态互不干扰。
以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。
Claims (18)
1.一种微机电陀螺，其特征在于，包括：
基板；
第一音叉结构与第二音叉结构，分别位于所述基板上方并与所述基板分隔；
多个固定部，固定于所述基板上；以及
多个梁结构，位于所述基板上方并与所述基板分隔，所述第一音叉结构与所述第二音叉结构分别通过相应的所述梁结构与相应的所述固定部连接，
其中，所述多个梁结构包括多个驱动梁，所述多个驱动梁包括：
多个第一主驱动梁，与所述第一音叉结构相连，所述多个第一主驱动梁关于第一对称轴对称分布在所述第一音叉结构的两侧；以及
多个第二主驱动梁，与所述第二音叉结构相连，所述多个第二主驱动梁关于第二对称轴对称分布在所述第二音叉结构的两侧，
所述微机电陀螺还包括多个桁架结构，所述多个桁架结构包括多个耦合桁架，每个所述耦合桁架分别连接相应的所述第一主驱动梁与所述第二主驱动梁，以将所述第一音叉结构与所述第二音叉结构耦合连接，
其中，所述第一对称轴与所述第二对称轴均相对垂直于所述基板的厚度方向和所述微机电陀螺的驱动轴，所述驱动轴沿第一方向延伸并相对垂直于所述厚度方向。
2.根据权利要求1所述的微机电陀螺，其特征在于，所述多个驱动梁还包括多个支撑梁，分别连接相应的所述固定部与相应的所述耦合桁架，
其中，一部分所述支撑梁关于所述第一对称轴对称分布在所述第一音叉结构的两侧，另一部分所述支撑梁关于所述第二对称轴对称分布在所述第二音叉结构的两侧。
3.根据权利要求2所述的微机电陀螺，其特征在于，所述多个耦合桁架包括第一耦合桁架与第二耦合桁架，均沿所述第一方向延伸，所述第一耦合桁架与所述第二耦合桁架关于第三对称轴对称分布在所述第一音叉结构与所述第二音叉结构的外侧，所述第三对称轴相对平行于所述第一方向。
4.根据权利要求3所述的微机电陀螺，其特征在于，所述第一音叉结构与所述第二音叉结构为对称分布在主对称轴两侧的相同结构，所述第一对称轴和所述第二对称轴相对平行于所述主对称轴，所述第一音叉结构关于所述第一对称轴对称，所述第二音叉结构关于所述第二对称轴对称，
所述第一音叉结构包括：
第一质量块，所述第一质量块呈框形；
第一驱动单元，包括第一子驱动单元与第二子驱动单元，所述第一子驱动单元与所述第二子驱动单元关于所述第三对称轴对称分布在所述第一质量块的两侧；以及
第一检测单元，位于所述第一质量块内侧，所述第一驱动单元和所述第一检测单元通过部分所述梁结构分别与所述第一质量块连接，
所述第二音叉结构包括：
第二质量块，所述第二质量块呈框形；
第二驱动单元，包括第三子驱动单元与第四子驱动单元，所述第三子驱动单元与所述第四子驱动单元关于所述第三对称轴对称分布在所述第二质量块的两侧；以及
第二检测单元，位于所述第二质量块内侧，所述第二驱动单元和所述第二检测单元通过部分所述梁结构分别与所述第二质量块连接。
5.根据权利要求4所述的微机电陀螺，其特征在于，所述多个第一主驱动梁与所述多个第二主驱动梁均沿第二方向延伸，所述第二方向相对垂直于所述第一方向与所述厚度方向，
所述多个第一主驱动梁包括：
第一驱动梁，两端分别连接所述第一子驱动单元与所述第一耦合桁架；
第二驱动梁，两端分别连接所述第二子驱动单元与所述第二耦合桁架；
第三驱动梁，两端分别连接所述第一子驱动单元与所述第一耦合桁架；以及
第四驱动梁，两端分别连接所述第二子驱动单元与所述第二耦合桁架，
所述多个第二主驱动梁包括：
第五驱动梁，两端分别连接所述第三子驱动单元与所述第一耦合桁架；
第六驱动梁，两端分别连接所述第四子驱动单元与所述第二耦合桁架；
第七驱动梁，两端分别连接所述第三子驱动单元与所述第一耦合桁架；以及
第八驱动梁，两端分别连接所述第四子驱动单元与所述第二耦合桁架。
6.根据权利要求5所述的微机电陀螺，其特征在于，所述多个固定部包括第一固定部、第二固定部、第三固定部、第四固定部、第五固定部以及第六固定部，所述第一子驱动单元位于所述第一固定部与所述第三固定部之间，所述第二子驱动单元位于所述第二固定部与所述第四固定部之间，所述第三子驱动单元位于所述第三固定部与所述第五固定部之间，所述第四子驱动单元位于所述第四固定部与所述第六固定部之间，
所述多个支撑梁均沿所述第二方向延伸，所述多个支撑梁分别与所述多个第一主驱动梁与所述多个第二主驱动梁分隔，
所述多个支撑梁包括：
第一支撑梁，两端分别连接所述第一固定部与所述第一耦合桁架；
第二支撑梁，两端分别连接所述第二固定部与所述第二耦合桁架；
第三支撑梁，两端分别连接所述第三固定部与所述第一耦合桁架；
第四支撑梁，两端分别连接所述第四固定部与所述第二耦合桁架；
第五支撑梁，两端分别连接所述第五固定部与所述第一耦合桁架；
第六支撑梁，两端分别连接所述第六固定部与所述第二耦合桁架；
第七支撑梁，两端分别连接所述第三固定部与所述第一耦合桁架；以及
第八支撑梁，两端分别连接所述第四固定部与所述第二耦合桁架。
7.根据权利要求6所述的微机电陀螺，其特征在于，
所述第一驱动梁与所述第三驱动梁、所述第一支撑梁与所述第三支撑梁、所述第二驱动梁与所述第四驱动梁、所述第二支撑梁与所述第四支撑梁分别关于所述第一对称轴对称分布，
所述第五驱动梁与所述第七驱动梁、所述第五支撑梁与所述第七支撑梁、所述第六驱动梁与所述第八驱动梁、所述第六支撑梁与所述第八支撑梁分别关于所述第二对称轴对称分布，
所述第一驱动梁与所述第二驱动梁、所述第一支撑梁与所述第二支撑梁、所述第三驱动梁与所述第四驱动梁、所述第三支撑梁与所述第四支撑梁、所述第五驱动梁与所述第六驱动梁、所述第五支撑梁与所述第六支撑梁、所述第七驱动梁与所述第八驱动梁、所述第七支撑梁与所述第八支撑梁分别关于所述第三对称轴对称分布。
8.根据权利要求7所述的微机电陀螺，其特征在于，所述第一子驱动单元包括第一连接部以及与所述第一连接部相连的多个驱动部，所述第二子驱动单元包括第二连接部以及与所述第二连接部相连的多个驱动部，所述第一连接部与所述第二连接部均沿所述第一方向延伸，
其中，所述第一连接部分别与所述第一驱动梁和所述第三驱动梁的一端相连，所述第二连接部分别与所述第二驱动梁和所述第四驱动梁的一端相连。
9.根据权利要求8所述的微机电陀螺，其特征在于，所述多个梁结构还包括多个检测梁，所述多个检测梁包括多个检测连接梁，所述多个检测连接梁均呈“几”字形结构，各所述检测连接梁包括位于开口的两个底端以及与开口相对的顶部，
所述多个检测连接梁包括：第一检测连接梁、第二检测连接梁、第三检测连接梁以及第四检测连接梁，
所述第一检测连接梁与所述第二检测连接梁的两底端分别与所述第一质量块和所述第一连接部连接，
所述第三检测连接梁与所述第四检测连接梁的两底端分别与所述第一质量块和所述第二连接部连接。
10.根据权利要求9所述的微机电陀螺，其特征在于，
所述第一检测连接梁与所述第三检测连接梁关于所述第三对称轴对称分布在所述第一质量块的两侧，
所述第二检测连接梁与所述第四检测连接梁关于所述第三对称轴对称分布在所述第一质量块的两侧，
所述第一检测连接梁与所述第二检测连接梁关于所述第一对称轴对称分布，
所述第三检测连接梁与所述第四检测连接梁关于所述第一对称轴对称分布。
11.根据权利要求10所述的微机电陀螺，其特征在于，所述多个桁架结构还包括第一桁架与第二桁架，均沿所述第一方向延伸，所述第一桁架与所述第二桁架关于所述第三对称轴对称分布在所述第一质量块的两侧，
所述第一桁架的两端分别和所述第一检测连接梁与所述第二检测连接梁的顶部相连，所述第二桁架的两端分别和所述第三检测连接梁与所述第四检测连接梁的顶部相连。
12.根据权利要求4所述的微机电陀螺，其特征在于，所述第一检测单元关于所述第一对称轴对称分布，所述第一检测单元包括第一框架以及位于所述第一框架内的检测部，
所述多个驱动梁还包括多个驱动连接梁，所述多个驱动连接梁均呈“几”字形结构，各所述驱动连接梁包括位于开口的两个底端以及与开口相对的顶部，
所述多个驱动连接梁包括位于所述第一质量块内侧的第一驱动连接梁、第二驱动连接梁、第三驱动连接梁以及第四驱动连接梁，
所述第一驱动连接梁、所述第二驱动连接梁、所述第三驱动连接梁以及所述第四驱动连接梁的两底端分别连接所述第一质量块与所述第一框架。
13.根据权利要求12所述的微机电陀螺，其特征在于，
所述第一驱动连接梁与所述第三驱动连接梁关于所述第一对称轴对称分布在所述第一框架的两侧，
所述第二驱动连接梁与所述第四驱动连接梁关于所述第一对称轴对称分布在所述第一框架的两侧，
所述第一驱动连接梁与所述第二驱动连接梁关于所述第三对称轴对称分布，
所述第三驱动连接梁与所述第四驱动连接梁关于所述第三对称轴对称分布。
14.根据权利要求13所述的微机电陀螺，其特征在于，所述多个桁架结构还包括第三桁架与第四桁架，均位于所述第一质量块内侧，并沿所述第一方向延伸，所述第三桁架与所述第四桁架关于所述第三对称轴对称分布在所述第一框架的两侧，
所述第三桁架的两端分别与所述第一驱动连接梁和所述第三驱动连接梁的顶部相连，所述第四桁架的两端分别与所述第二驱动连接梁和所述第四驱动连接梁的顶部相连。
15.根据权利要求14所述的微机电陀螺，其特征在于，所述多个固定部还包括第七固定部与第八固定部，均位于所述第一质量块内侧，
所述多个梁结构还包括多个检测梁，所述多个检测梁包括多个主检测梁，所述多个主检测梁均呈“几”字形结构，各所述主检测梁包括位于开口的两个底端以及与开口相对的顶部，
所述多个主检测梁包括位于所述第一质量块内侧的第一检测梁、第二检测梁、第三检测梁以及第四检测梁，
所述第一检测梁与所述第二检测梁的两底端分别与所述第七固定部和所述第一框架相连，
所述第三检测梁与所述第四检测梁的两底端分别与所述第八固定部和所述第一框架相连。
16.根据权利要求15所述的微机电陀螺，其特征在于，
所述第一检测梁与所述第三检测梁关于所述第三对称轴对称分布在所述第一框架的两侧，
所述第二检测梁与所述第四检测梁关于所述第三对称轴对称分布在所述第一框架的两侧，
所述第一检测梁与所述第二检测梁关于所述第一对称轴对称分布，
所述第三检测梁与所述第四检测梁关于所述第一对称轴对称分布。
17.根据权利要求16所述的微机电陀螺，其特征在于，所述多个桁架结构还包括第五桁架与第六桁架，均位于所述第一质量块内侧，并沿所述第一方向延伸，所述第五桁架与所述第六桁架关于所述第三对称轴对称分布在所述第一框架的两侧，
所述第五桁架的两端分别和所述第一检测梁与所述第二检测梁的顶部相连，所述第六桁架的两端分别和所述第三检测梁与所述第四检测梁的顶部相连。
18.根据权利要求4-17任一项所述的微机电陀螺，其特征在于，所述多个梁结构、所述多个固定部以及所述多个桁架结构均关于所述主对称轴对称分布。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |