檢測(cè)質(zhì)量塊及采用該檢測(cè)質(zhì)量塊的陀螺儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種檢測(cè)質(zhì)量塊及采用該檢測(cè)質(zhì)量塊的陀螺儀。
【背景技術(shù)】
[0002]MEMS (Micro Electro Mechanical System,微機(jī)電系統(tǒng))陀螺儀利用科里奧利力(Cor1lis force，又稱為科氏力)現(xiàn)象?？剖狭κ菍?duì)旋轉(zhuǎn)體系中進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)由于慣性相對(duì)于旋轉(zhuǎn)體系產(chǎn)生的直線運(yùn)動(dòng)的偏移的一種描述?？剖狭碜杂谖矬w運(yùn)動(dòng)所具有的慣性，在旋轉(zhuǎn)體系中進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，由于慣性的作用，有沿著原有運(yùn)動(dòng)方向繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，但是由于體系本身是旋轉(zhuǎn)的，在經(jīng)歷了一段時(shí)間的運(yùn)動(dòng)之后，體系中質(zhì)點(diǎn)的位置會(huì)有所變化，而它原有的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向，如果以旋轉(zhuǎn)體系的視角去觀察，就會(huì)發(fā)生一定程度的偏離。MEMS陀螺儀體積小、成本低、集成性好，已得以越來越廣泛的應(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。
[0003]MEMS陀螺儀包括驅(qū)動(dòng)部分和檢測(cè)部分，通過驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的耦合作用實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)角速度的測(cè)量；當(dāng)陀螺處于驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)模態(tài)，并且在與驅(qū)動(dòng)模態(tài)運(yùn)動(dòng)軸向垂直的第二方向有角速度輸入時(shí)，由于科氏效應(yīng)陀螺儀在檢測(cè)軸向產(chǎn)生檢測(cè)模態(tài)運(yùn)動(dòng)，通過測(cè)量檢測(cè)模態(tài)運(yùn)動(dòng)的位移，即刻測(cè)定物體的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。所述測(cè)量檢測(cè)模態(tài)運(yùn)動(dòng)的位移可以通過測(cè)量電容的變化來實(shí)現(xiàn)，例如，通過在諧振條件下確定由移動(dòng)電極的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的電容的變化，來以電容方法來檢測(cè)檢測(cè)模態(tài)運(yùn)動(dòng)的位移，電容的檢測(cè)可以通過叉指電極或者平板電極來實(shí)現(xiàn)。隨著微機(jī)電陀螺技術(shù)的發(fā)展，高集成度、低成本的兩軸或者三軸測(cè)量陀螺滿足了現(xiàn)代消費(fèi)電子產(chǎn)品的需求，成為微機(jī)電陀螺儀發(fā)展的趨勢(shì)。兩軸或者三軸陀螺儀一般是將多個(gè)陀螺儀集成在單個(gè)基板上來實(shí)現(xiàn)。而且陀螺儀中的一種檢測(cè)質(zhì)量塊僅能檢測(cè)一個(gè)方向的角速度，若需要檢測(cè)多個(gè)方向的角速度，則需要至少三個(gè)檢測(cè)質(zhì)量塊，這不能滿足消費(fèi)電子產(chǎn)品對(duì)陀螺儀小型化的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種檢測(cè)質(zhì)量塊及采用該檢測(cè)質(zhì)量塊的陀螺儀，其能夠采用一個(gè)檢測(cè)質(zhì)量塊實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向角速度的檢測(cè)，減小陀螺儀體積。
[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種檢測(cè)質(zhì)量塊，包括錨點(diǎn)、第一質(zhì)量塊、第二質(zhì)量塊、第三質(zhì)量塊；所述錨點(diǎn)設(shè)置在所述第一質(zhì)量塊內(nèi)，并固定在一外部基板上；所述第一質(zhì)量塊設(shè)置在第二質(zhì)量塊內(nèi)，并通過在第一方向?qū)ΨQ的第一彈性梁懸掛在所述錨點(diǎn)上；所述第二質(zhì)量塊設(shè)置在第三質(zhì)量塊內(nèi)，并通過在第二方向?qū)ΨQ的第二彈性梁懸掛在所述第一質(zhì)量塊上；所述第三質(zhì)量塊通過在第一方向?qū)ΨQ的第三彈性梁懸掛在第二質(zhì)量塊上，并通過在第二方向?qū)ΨQ的第四彈性梁與外部驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊連接；所述第一方向與所述第二方向垂直；所述第一質(zhì)量塊具有第一方向的轉(zhuǎn)軸，所述第二質(zhì)量塊具有第一方向和第二方向的轉(zhuǎn)軸，所述第三質(zhì)量塊具有第二方向的轉(zhuǎn)軸。
[0006]進(jìn)一步，所述第一質(zhì)量塊與所述第一彈性梁對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有第一凹陷，所述第一凹陷用于容納所述第一彈性梁。
[0007]進(jìn)一步，所述第二質(zhì)量塊與所述第二彈性梁對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有第二凹陷，所述第二凹陷用于容納所述第二彈性梁。
[0008]進(jìn)一步，所述第二質(zhì)量塊與所述第三彈性梁對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有第三凹陷，所述第三凹陷用于容納所述第三彈性梁。
[0009]進(jìn)一步，所述第三質(zhì)量塊與所述第四彈性梁對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有第四凹陷，所述第四凹陷用于容納所述第四彈性梁。
[0010]進(jìn)一步，所述第三質(zhì)量塊在所述第四凹陷對(duì)應(yīng)位置具有一凸起，所述第二質(zhì)量塊在與所述凸起對(duì)應(yīng)的位置具有一容納部，所述凸起伸入所述容納部。
[0011]進(jìn)一步，所述錨點(diǎn)、第一質(zhì)量塊、第二質(zhì)量塊、第三質(zhì)量塊、第一彈性梁、第二彈性梁、第三彈性梁及第四彈性梁一體成型。
[0012]本發(fā)明還提供一種陀螺儀，包括基板、檢測(cè)質(zhì)量塊和驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊，所述檢測(cè)質(zhì)量塊包括錨點(diǎn)、第一質(zhì)量塊、第二質(zhì)量塊、第三質(zhì)量塊；所述錨點(diǎn)設(shè)置在所述第一質(zhì)量塊內(nèi)，并固定在所述基板上；所述第一質(zhì)量塊設(shè)置在第二質(zhì)量塊內(nèi)，并通過在第一方向?qū)ΨQ的第一彈性梁懸掛在所述錨點(diǎn)上；所述第二質(zhì)量塊設(shè)置在第三質(zhì)量塊內(nèi)，并通過在第二方向?qū)ΨQ的第二彈性梁懸掛在第一質(zhì)量塊上；所述第三質(zhì)量塊通過在第一方向?qū)ΨQ的第三彈性梁懸掛在第二質(zhì)量塊上，并通過在第二方向?qū)ΨQ的第四彈性梁與所述驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊連接；所述第一方向與所述第二方向垂直；所述第一質(zhì)量塊具有第一方向的轉(zhuǎn)軸，所述第二質(zhì)量塊具有第一方向和第二方向的轉(zhuǎn)軸，所述第三質(zhì)量塊具有第二方向的轉(zhuǎn)軸；所述陀螺儀可檢測(cè)第一方向和第二方向的角速度。
[0013]進(jìn)一步，所述基板上沿所述第一方向?qū)ΨQ設(shè)置有第一電極，所述第二質(zhì)量塊對(duì)應(yīng)位置與所述第一電極形成第一電容組，用于檢測(cè)所述陀螺儀具有第一方向角速度時(shí)的電容。
[0014]進(jìn)一步，所述基板上沿所述第二方向?qū)ΨQ設(shè)置有第二電極，所述第二質(zhì)量塊對(duì)應(yīng)位置與所述第二電極形成第二電容組，用于檢測(cè)所述陀螺儀具有第二方向角速度時(shí)的電容。
[0015]本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，采用一個(gè)檢測(cè)質(zhì)量塊即可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的角速度的檢測(cè)，減少了陀螺儀中檢測(cè)質(zhì)量塊的數(shù)量，減小陀螺儀的體積，實(shí)現(xiàn)陀螺儀小型化的需求。
[0016]本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于，采用凹陷結(jié)構(gòu)來容納對(duì)應(yīng)的彈性梁，使得彈性梁與檢測(cè)質(zhì)量塊的各個(gè)質(zhì)量塊部分重疊，減小所述彈性梁占用的空間，從而進(jìn)一步減小檢測(cè)質(zhì)量塊的尺寸。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明檢測(cè)質(zhì)量塊第一【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明檢測(cè)質(zhì)量塊第二【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明陀螺儀的一【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的檢測(cè)質(zhì)量塊及采用該檢測(cè)質(zhì)量塊的陀螺儀的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)說明。
[0019]參見圖1，在本發(fā)明第一【具體實(shí)施方式】中，檢測(cè)質(zhì)量塊1包括錨點(diǎn)10、第一質(zhì)量塊11、第二質(zhì)量塊12、第三質(zhì)量塊13。
[0020]所述錨點(diǎn)10設(shè)置在所述第一質(zhì)量塊11內(nèi)，并固定在一外部基板(附圖中未標(biāo)示)上。在本【具體實(shí)施方式】中，所述第一質(zhì)量塊11為內(nèi)部中空的框體，所述錨點(diǎn)10設(shè)置在框體內(nèi)部。所述錨點(diǎn)10固定在所述外部基板上，不能旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)。
[0021]所述第一質(zhì)量塊11設(shè)置在第二質(zhì)量塊12內(nèi)，并通過在第一方向?qū)ΨQ的第一彈性梁14懸掛在所述錨點(diǎn)10上。所述第二質(zhì)量塊12為內(nèi)部中空的框體，所述第一質(zhì)量塊11懸掛設(shè)置在框體內(nèi)部。
[0022]所述第二質(zhì)量塊12設(shè)置在第三質(zhì)量塊13內(nèi)，并通過在第二方向?qū)ΨQ的第二彈性梁15懸掛在第一質(zhì)量塊11上。所述第三質(zhì)量塊13為內(nèi)部中空的框體，所述第二質(zhì)量塊12懸掛設(shè)置在框體內(nèi)部。
[0023]所述第三質(zhì)量塊13通過在第一方向?qū)ΨQ的第三彈性梁16懸掛在第二質(zhì)量塊12上，并通過在第二方向?qū)ΨQ的第四彈性梁17與外部驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊(附圖中未標(biāo)示)連接。
[0024]所述錨點(diǎn)10不能旋轉(zhuǎn)，所述第一質(zhì)量塊11受所述第一彈性梁14的制約，使得所述第一質(zhì)量塊11僅具有第一方向的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，即所述第一質(zhì)量塊11可繞所述第一方向旋轉(zhuǎn)。所述第三質(zhì)量塊13通過第二方向?qū)ΨQ的第四彈性梁17與外部驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊連接，所述第三質(zhì)量塊13受所述第四彈性梁17的制約，使得所述第三質(zhì)量塊13僅具有第二方向的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，即所述第三質(zhì)量塊13可繞所述第二方向旋轉(zhuǎn)。所述第二質(zhì)量塊12通過第二方向?qū)ΨQ的第二彈性梁15懸掛在第一質(zhì)量塊11，所述第三質(zhì)量塊13通過在第一方向?qū)ΨQ的第三彈性梁16懸掛在第二質(zhì)量塊12上，同時(shí)，所述第一質(zhì)量塊11具有第一方向的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，所述第三質(zhì)量塊13具有第二方向的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，所以，所述第二質(zhì)量塊12具有第一方向和第二方向的轉(zhuǎn)動(dòng)軸。
[0025]所述第一方向與所述第二方向垂直。在本【具體實(shí)施方式】中，所述第一方向?yàn)閅方向，所述第二方向?yàn)閄方向。下面詳細(xì)描述本發(fā)明檢測(cè)質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)原理。
[0026]當(dāng)外部驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊驅(qū)動(dòng)所述檢測(cè)質(zhì)量塊時(shí)，所述外部驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊帶動(dòng)所述對(duì)稱的第四彈性梁17向第一方向(Y方向)的正負(fù)向(+Y方向及-Y方向)分別運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，所述第一質(zhì)量塊11、第二質(zhì)量塊12和第三質(zhì)量塊13均做順時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0027]當(dāng)所述檢測(cè)質(zhì)量塊1受到一繞第二方向(X方向)的角速度時(shí)，所述第一質(zhì)量塊11、第二質(zhì)量塊12和第三質(zhì)量塊13受到繞第一方向(Y方向)的哥氏力矩，所述第一質(zhì)量塊11和第二質(zhì)量塊12繞所述第一方向(Y方向)旋轉(zhuǎn)，而由于所述第三質(zhì)量塊13在第一方向(Y方向)沒有轉(zhuǎn)動(dòng)軸，所以，所述第三質(zhì)量塊13不繞所述第一方向(Y方向)旋轉(zhuǎn)。
[0028]當(dāng)所述檢測(cè)質(zhì)量塊1受到一繞第一方向(Y方向)的角速度時(shí)，所述第一質(zhì)量塊11、第二質(zhì)量塊12和第三質(zhì)量塊13受到繞第二方向(X方向)的哥氏力矩，所述第二質(zhì)量塊12和第三質(zhì)量塊13繞所述第二方向(X方向)旋轉(zhuǎn)，而由于所述第一質(zhì)量塊11在第一方向(Y方向)沒有轉(zhuǎn)動(dòng)軸，所以，所述第一質(zhì)量塊11不繞所述第二方向(X方向)旋轉(zhuǎn)。
[0029]由于第二質(zhì)量塊12既具有第一方向的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，又具有第二方向的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，所以，本發(fā)明檢測(cè)質(zhì)量塊1既能在第一方向旋轉(zhuǎn)，也能在第二方向旋轉(zhuǎn)。即僅利用一個(gè)檢測(cè)質(zhì)量塊1就可以實(shí)現(xiàn)既能檢測(cè)第一方向角速度，又能檢測(cè)第二方向角速度的目的。從而大大縮小了陀螺