一種z軸mems音叉陀螺儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及微機電系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種Z軸MEMS音叉陀螺儀。
【背景技術(shù)】
[0002]微機電陀螺儀主要用來測量運動物體的角速度，是基于半導(dǎo)體技術(shù)的慣性傳感器，它具有尺寸小，功耗低，價格低廉的優(yōu)點，可以用在智能手機，平板電腦等新興消費類電子產(chǎn)品中實現(xiàn)體感應(yīng)游戲的動作識別，導(dǎo)航定位等功能。MEMS陀螺儀基于科里奧利力來實現(xiàn)角速度信號的檢測，其中包括驅(qū)動和檢測兩大部分。其中，驅(qū)動回路使得質(zhì)量塊以驅(qū)動軸固有頻率做簡諧運動，當質(zhì)量塊有與驅(qū)動方向垂直的角速度輸入時，科里奧利力會在與驅(qū)動方向和輸入角速度方向垂直的方向上產(chǎn)生，陀螺儀的檢測端能檢測到科里奧利力產(chǎn)生的位移，通過該檢測信號即可測得角速度的大小。
[0003]現(xiàn)有的微機電陀螺儀，驅(qū)動質(zhì)量塊之間沒有杠桿耦合，導(dǎo)致左右兩邊驅(qū)動質(zhì)量塊運動位移不一致，這樣使得驅(qū)動和檢測模態(tài)之間存在較大的耦合信號，而且質(zhì)量塊位移幅度不可控。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型要解決的技術(shù)問題是至少在一定程度上解決前述缺陷，提供一種左右兩邊驅(qū)動質(zhì)量塊位移一致，質(zhì)量塊位移幅度可控的微機電音叉陀螺儀。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種Z軸MEMS音叉陀螺儀，包括基底及基底上的質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊包括左右分布的第一質(zhì)量塊及第二質(zhì)量塊，兩個所述質(zhì)量塊的上下方向通過彈性梁連接有第一驅(qū)動質(zhì)量塊、第二驅(qū)動質(zhì)量塊、第三驅(qū)動質(zhì)量塊、第四驅(qū)動質(zhì)量塊，兩個所述質(zhì)量塊的左右方向通過彈性梁連接有第一檢測質(zhì)量塊、第二檢測質(zhì)量塊、第三檢測質(zhì)量塊、第四檢測質(zhì)量塊；所述第一驅(qū)動質(zhì)量塊與第三質(zhì)量塊之間設(shè)有第一杠桿連接器，所述第二驅(qū)動質(zhì)量塊與第四驅(qū)動質(zhì)量塊之間設(shè)有第二杠桿連接器，兩個所述杠桿連接器中部可轉(zhuǎn)動地連接有錨點，所述錨點固定于基底；四個所述驅(qū)動質(zhì)量塊及四個所述檢測質(zhì)量塊還通過彈性梁連接錨點；四個所述驅(qū)動質(zhì)量塊上設(shè)有驅(qū)動電容組，四個所述檢測質(zhì)量塊上設(shè)有檢測電容組；所述第二檢測質(zhì)量塊與第三檢測質(zhì)量塊之間設(shè)有折疊梁連接器。
[0006]進一步地，還包括有多個止擋柱，多個所述止擋柱固定于基底，兩個所述質(zhì)量塊上設(shè)有與止擋柱外形匹配用以安裝止擋柱的凹槽。
[0007]進一步地，所述止擋柱外表面均布有微凸起結(jié)構(gòu)。
[0008]進一步地，所述止擋柱有四個，均布于兩個所述質(zhì)量塊的上下底邊。
[0009]進一步地，兩個所述杠桿連接器包括連接器本體，所述連接器本體的兩端設(shè)有連接驅(qū)動質(zhì)量塊的彈性端子，所述連接器本體的中部設(shè)有可轉(zhuǎn)動地連接錨點的彈性端子。
[0010]進一步地，所述驅(qū)動電容組包括驅(qū)動固定梳齒與驅(qū)動可動梳齒，所述驅(qū)動可動梳齒固定在驅(qū)動質(zhì)量塊上，所述驅(qū)動固定梳齒固定在基底上。
[0011]進一步地，所述檢測電容組包括檢測固定梳齒與檢測可動梳齒，所述檢測可動梳齒固定在檢測質(zhì)量塊上，所述檢測固定梳齒固定在基底上。
[0012]進一步地，所述驅(qū)動電容組和檢測電容組采用滑膜阻尼。
[0013]進一步地，兩個所述質(zhì)量塊沿Y軸對稱。
[0014]本實用新型通過連接左右兩邊驅(qū)動質(zhì)量塊的杠桿連接器控制左右兩邊驅(qū)動質(zhì)量塊的位移協(xié)調(diào)一致，通過止擋柱使質(zhì)量塊位移可控，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。
[0015]本實用新型的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是本實用新型的驅(qū)動電容組結(jié)構(gòu)局部放大圖A。
[0018]圖3是本實用新型的檢測電容組結(jié)構(gòu)局部放大圖B。
[0019]圖4是本實用新型的杠桿連接器結(jié)構(gòu)局部放大圖C。
[0020]圖中:10，基底;20，質(zhì)量塊；21，第一質(zhì)量塊；211，凹槽；22，第二質(zhì)量塊；221，凹槽；30，彈性梁；41，第一驅(qū)動質(zhì)量塊；42，第二驅(qū)動質(zhì)量塊；43，第三驅(qū)動質(zhì)量塊；44，第四驅(qū)動質(zhì)量塊；45，驅(qū)動電容組；451，驅(qū)動固定梳齒；452，驅(qū)動可動梳齒；51，第一檢測質(zhì)量塊；52，第二檢測質(zhì)量塊；53，第三檢測質(zhì)量塊；54，第四檢測質(zhì)量塊；55，檢測電容組；551，檢測固定梳齒；552，檢測可動梳齒；61，第一杠桿連接器；611，連接器本體；612、613，彈性端子；62，第二杠桿連接器；63，折疊梁連接器；70，錨點；80，止擋柱。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本實用新型并能予以實施，但所舉實施例不作為對本實用新型的限定。
[0022]如圖1所示，本實用新型一種Z軸MEMS音叉陀螺儀，包括基底10及基底上的質(zhì)量塊20，質(zhì)量塊20包括左右分布的第一質(zhì)量塊21及第二質(zhì)量塊22，兩個質(zhì)量塊21、22沿著Y軸對稱分布且懸浮在基底10上。兩個質(zhì)量塊21、22的上下方向通過彈性梁30連接有第一驅(qū)動質(zhì)量塊41、第二驅(qū)動質(zhì)量塊42、第三驅(qū)動質(zhì)量塊43、第四驅(qū)動質(zhì)量塊44，四個驅(qū)動質(zhì)量塊41?44沿著X軸、Y軸對稱分布，且懸浮于基底10上。兩個質(zhì)量塊21、22的左右方向通過彈性梁30連接有第一檢測質(zhì)量塊51、第二檢測質(zhì)量塊52、第三檢測質(zhì)量塊53、第四檢測質(zhì)量塊54，檢測質(zhì)量塊51?54亦懸浮于基底上。第一驅(qū)動質(zhì)量塊41與第三質(zhì)量塊43之間設(shè)有第一杠桿連接器61，第二驅(qū)動質(zhì)量塊42與第四驅(qū)動質(zhì)量塊44之間設(shè)有第二杠桿連接器62，兩個杠桿連接器61、62中部可轉(zhuǎn)動地連接有錨點70，錨點70固定于基底10。本實用新型的杠桿連接器60、62可以繞著錨點70轉(zhuǎn)動，從而保證四個驅(qū)動質(zhì)量塊41?44運動位移大小相同，方向相反。四個驅(qū)動質(zhì)量塊41?44及四個檢測質(zhì)量塊51?54還通過彈性梁30連接錨點70。四個驅(qū)動質(zhì)量塊41?44上設(shè)有驅(qū)動電容組45，四個檢測質(zhì)量塊51?54上設(shè)有檢測電容組55。第二檢測質(zhì)量塊52與第三檢測質(zhì)量塊53之間設(shè)有折疊梁連接器63，折疊梁連接器保證檢測質(zhì)量塊具有相同的諧振頻率。
[0023]本實用新型的兩個質(zhì)量塊21、22浮于基體上方，并可相對基體10轉(zhuǎn)動，為控制質(zhì)量塊轉(zhuǎn)動的幅度，本實用新型還包括有多個止擋柱80，該多個止擋柱固定于基底，一種優(yōu)選實施方式中，兩個質(zhì)量塊21、22上設(shè)有與止擋柱外形匹配用以安裝止擋柱的凹槽211、221，止擋柱位于凹槽內(nèi)，使得質(zhì)量塊的轉(zhuǎn)動幅度得到控制。更優(yōu)地，止擋柱80外表面均布有微凸起結(jié)構(gòu)(圖中未示)，微凸起結(jié)構(gòu)使得止擋柱與質(zhì)量塊的接觸面上一直有空隙存在，防止質(zhì)量塊與止擋柱接觸時的真空吸附。最優(yōu)地，該止擋柱80有四個，均布于兩個質(zhì)量塊21、22的上下底邊，即每個質(zhì)量塊的上下底邊各匹配一個止擋柱。
[0024]圖4提供了一種杠桿連接器61、62的優(yōu)選實施方式，系圖1中有關(guān)第一杠桿連接器部分C的局部放大圖。該杠桿連接器61包括連接器本體611，連接器本體的兩端設(shè)有連接第一、第三驅(qū)動質(zhì)量塊41、43的彈性端子612，連接器本體611的中部設(shè)有可轉(zhuǎn)動地連接錨點70的彈性端子613，如此當?shù)谝桓軛U連接器61左邊下降時候，右邊上升，并且左右兩邊位移一致。需要特別說明的是，第二杠桿連接器與第一杠桿連接器結(jié)構(gòu)相同，此處不再贅述。
[0025]優(yōu)選實施方式中，本實用新型的驅(qū)動電容組45包括驅(qū)動固定梳齒451與驅(qū)動可動梳齒452，驅(qū)動可動梳齒固定在驅(qū)動質(zhì)量塊上，驅(qū)動固定梳齒固定在基底上，參見圖2。驅(qū)動電容組的驅(qū)動固定梳齒可以接受外部電路提供的驅(qū)動信號，將電壓轉(zhuǎn)化為靜電力，驅(qū)動陀螺儀運動，驅(qū)動電容組的電容變化量與驅(qū)動位移成正比，通過外部的電容檢測電路可以將驅(qū)動位移信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，驅(qū)動電容組采用滑膜阻尼。檢測電容組55包括檢測固定梳齒551與檢測可動梳齒552，檢測可動梳齒固定在檢測質(zhì)量塊上，檢測固定梳齒固定在基底上，參見圖3。檢測電容組亦采用滑膜阻尼，檢測電容組的固定梳齒可以接受外部電路提供的檢測反饋信號，使得檢測軸工作在力平衡狀態(tài)。檢測電容組的電容變化量與角速度大小成正比，這樣通過外部的電容檢測電路讀出檢測電容組電容變化量就知道角速度大小。本實用新型的陀螺儀沿著X軸、Y軸對稱。
[0026]由電