單結(jié)構(gòu)三軸微機(jī)電陀螺儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及陀螺儀，尤其涉及一種單結(jié)構(gòu)的三軸微機(jī)電陀螺儀。
【背景技術(shù)】
[0002]微機(jī)電陀螺儀主要用來(lái)測(cè)量運(yùn)動(dòng)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(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，可以用在智能手機(jī)，平板電腦等新興消費(fèi)類電子產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)體感應(yīng)游戲的動(dòng)作識(shí)別，導(dǎo)航定位等功能。
[0003]隨著消費(fèi)類電子產(chǎn)品的不斷升溫，可以同時(shí)感應(yīng)三軸角速度的微機(jī)電陀螺儀受到更多的青睞，微機(jī)陀螺儀由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，實(shí)現(xiàn)單結(jié)構(gòu)三軸陀螺儀非常困難，現(xiàn)有技術(shù)多是一個(gè)芯片上集成三個(gè)獨(dú)立的陀螺儀結(jié)構(gòu)，達(dá)不到消費(fèi)電子類產(chǎn)品市場(chǎng)追求小型化的目的。
[0004]本實(shí)用新型采用單結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，整體采用輪式驅(qū)動(dòng)，電容式靜電驅(qū)動(dòng)和電容差動(dòng)輸出，三軸均使用獨(dú)立的感應(yīng)結(jié)構(gòu)，避免了各軸之間感應(yīng)信號(hào)的相互耦合。結(jié)構(gòu)緊促，減小了陀螺儀體積，適合大批量生產(chǎn)，可實(shí)現(xiàn)良好的測(cè)量精度和靈敏度。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能使用同一結(jié)構(gòu)測(cè)量X、Y和Z三軸角速度的陀螺儀。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種單結(jié)構(gòu)三軸微機(jī)電陀螺儀，包括襯底，所述襯底中心設(shè)有測(cè)量X軸和Y軸角速度的水平軸結(jié)構(gòu)，所述水平軸結(jié)構(gòu)上下方對(duì)稱設(shè)有兩個(gè)測(cè)量Z軸角速度的Z軸結(jié)構(gòu)；所述襯底上還設(shè)有驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)反饋結(jié)構(gòu)，所述驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)連接所述Z軸結(jié)構(gòu)，所述驅(qū)動(dòng)反饋結(jié)構(gòu)連接驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。
[0007]進(jìn)一步地，所述水平軸結(jié)構(gòu)包括懸浮于襯底上方的回轉(zhuǎn)體狀水平軸質(zhì)量塊；所述水平軸質(zhì)量塊中心挖空容置有環(huán)形彈簧，所述環(huán)形彈簧一端通過(guò)錨點(diǎn)固定于襯底，一端連接水平軸質(zhì)量塊；所述水平軸質(zhì)量塊外緣相隔一定距離包圍有圓環(huán)，所述圓環(huán)在水平方向通過(guò)兩個(gè)X向彈簧向內(nèi)連接水平軸質(zhì)量塊，所述圓環(huán)在垂直方向通過(guò)兩個(gè)Y向彈簧向外連接所述驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)；所述水平軸質(zhì)量塊下方圓形陣列有上下兩個(gè)X軸下級(jí)板，左右兩個(gè)Y軸下級(jí)板。
[0008]進(jìn)一步地，所述X軸下級(jí)板與Y軸下級(jí)板呈扇面狀，以水平軸質(zhì)量塊的中心為圓心，交錯(cuò)合圍成一圓形，連接處留有縫隙。
[0009]進(jìn)一步地，所述Z軸結(jié)構(gòu)包括懸浮于襯底上方的矩形框狀Z軸驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊，及位于Z軸驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊框內(nèi)且亦懸浮于襯底上方的Z軸檢測(cè)質(zhì)量塊、Z軸檢測(cè)固定梳齒及Z軸檢測(cè)活動(dòng)梳齒，所述Z軸檢測(cè)固定梳齒通過(guò)錨點(diǎn)固定于襯底，所述Z軸檢測(cè)活動(dòng)梳齒設(shè)于Z軸檢測(cè)質(zhì)量塊上；所述Z軸檢測(cè)質(zhì)量塊的上下側(cè)邊通過(guò)兩個(gè)Z軸連接彈簧連接Z軸驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊；所述Z軸驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊的左右兩側(cè)邊設(shè)有Z軸固定彈簧，所述Z軸固定彈簧一端連接Z軸驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊，一端通過(guò)錨點(diǎn)固定于襯底。
[0010]進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)包括懸浮于襯底上方的回轉(zhuǎn)體狀驅(qū)動(dòng)框架，所述驅(qū)動(dòng)框架中部挖空以相隔一定距離地容置所述圓環(huán)，所述驅(qū)動(dòng)框架上下外緣挖空以相隔一定距離地容置所述Z軸結(jié)構(gòu)；在所述圓環(huán)左右兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)框架上設(shè)有驅(qū)動(dòng)活動(dòng)梳齒及驅(qū)動(dòng)檢測(cè)梳齒，所述驅(qū)動(dòng)活動(dòng)梳齒連接驅(qū)動(dòng)框架，所述驅(qū)動(dòng)檢測(cè)梳齒通過(guò)錨點(diǎn)固定于襯底；所述驅(qū)動(dòng)框架于靠近每個(gè)Z軸結(jié)構(gòu)左右兩側(cè)的外緣向圓心處挖空有凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)有一端連接驅(qū)動(dòng)框架一端通過(guò)錨點(diǎn)固定于襯底的驅(qū)動(dòng)框架固定彈簧；所述驅(qū)動(dòng)框架與Z軸結(jié)構(gòu)的結(jié)合處還設(shè)有驅(qū)動(dòng)連接彈簧，所述驅(qū)動(dòng)連接彈簧一端連接驅(qū)動(dòng)框架，一端連接Z軸結(jié)構(gòu)的Z軸驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊。
[0011]進(jìn)一步地，驅(qū)動(dòng)框架與每個(gè)Z軸結(jié)構(gòu)的結(jié)合處設(shè)有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)連接彈簧，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)連接彈簧連接于所述Z軸驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊與驅(qū)動(dòng)框架靠近的底邊兩端部。
[0012]進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)活動(dòng)梳齒及驅(qū)動(dòng)檢測(cè)梳齒有四組，以Y軸對(duì)稱兩兩設(shè)置于圓環(huán)左右兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)框架上。
[0013]進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)反饋結(jié)構(gòu)有四組，分別設(shè)置于Z軸結(jié)構(gòu)與每個(gè)驅(qū)動(dòng)框架固定彈簧之間的驅(qū)動(dòng)框架向圓心處挖空的凹槽內(nèi)，包括驅(qū)動(dòng)反饋活動(dòng)梳齒和驅(qū)動(dòng)反饋固定梳齒，所述驅(qū)動(dòng)反饋活動(dòng)梳齒連接在驅(qū)動(dòng)框架上，所述驅(qū)動(dòng)反饋固定梳齒通過(guò)錨點(diǎn)固定在襯底上。
[0014]本實(shí)用新型采用單結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)三軸的單一驅(qū)動(dòng)；三軸均使用獨(dú)立的感應(yīng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)三軸的單結(jié)構(gòu)集成，結(jié)構(gòu)緊促，制造工藝簡(jiǎn)單，由于X，Y軸共用一個(gè)質(zhì)量塊，可以使得體積更小。
[0015]本實(shí)用新型的附加方面和優(yōu)點(diǎn)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(guò)本實(shí)用新型的實(shí)踐了解到。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是本實(shí)用新型的局部放大圖A。
[0018]圖中:10，襯底；20，水平軸結(jié)構(gòu)；21，水平軸質(zhì)量塊；22，圓環(huán)；23，環(huán)形彈簧；24，X軸下級(jí)板；25，Y軸下級(jí)板；26，X向彈簧；27，Y向彈簧；30，Z軸結(jié)構(gòu)；31，Z軸驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊；32，Z軸檢測(cè)質(zhì)量塊；33，Z軸檢測(cè)活動(dòng)梳齒；34，Z軸檢測(cè)固定梳齒；35，Z軸固定彈簧；36，Z軸連接彈簧；40，驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)；41，驅(qū)動(dòng)框架；42，驅(qū)動(dòng)活動(dòng)梳齒；43，驅(qū)動(dòng)檢測(cè)梳齒；44，驅(qū)動(dòng)框架固定彈簧；45，驅(qū)動(dòng)連接彈簧；50，驅(qū)動(dòng)反饋結(jié)構(gòu)；51，驅(qū)動(dòng)反饋活動(dòng)梳齒；52，驅(qū)動(dòng)反饋固定梳齒。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本實(shí)用新型并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本實(shí)用新型的限定。
[0020]如圖1所示，一種單結(jié)構(gòu)三軸微機(jī)電陀螺儀，包括襯底10，襯底10中心設(shè)有測(cè)量X軸和Y軸角速度的水平軸結(jié)構(gòu)20，水平軸結(jié)構(gòu)上下方對(duì)稱設(shè)有兩個(gè)測(cè)量Z軸角速度的Z軸結(jié)構(gòu)30 ;襯底10上還設(shè)有驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)40及驅(qū)動(dòng)反饋結(jié)構(gòu)50，驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)40連接Z軸結(jié)構(gòu)30，驅(qū)動(dòng)反饋結(jié)構(gòu)50連接驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)40。
[0021]本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)40，驅(qū)動(dòng)反饋結(jié)構(gòu)50，Z軸結(jié)構(gòu)30和水平軸結(jié)構(gòu)20分別安裝在所述襯底10上。水平軸結(jié)構(gòu)20位于陀螺儀的中心，用來(lái)測(cè)量X軸角速度和Y軸角速度，Z軸結(jié)構(gòu)用來(lái)測(cè)量Z軸角速度，所述的Z軸結(jié)構(gòu)共有兩組，沿X軸對(duì)稱分布。
[0022]本實(shí)用新型的水平軸結(jié)構(gòu)20包括懸浮A于襯底上方的回轉(zhuǎn)體狀水平軸質(zhì)量塊21 ;水平軸質(zhì)量塊中心挖空容置有環(huán)形彈簧23，環(huán)形彈簧一端通過(guò)錨點(diǎn)固定于襯底10，一端連接水平軸質(zhì)量塊21 ;水平軸質(zhì)量塊外緣相隔一定距離包圍有圓環(huán)22，圓環(huán)在水平方向通過(guò)兩個(gè)X向彈簧26向內(nèi)連接水平軸質(zhì)量塊21，圓環(huán)22在垂直方向通過(guò)兩個(gè)Y向彈簧27向外連接驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)40 ;水平軸質(zhì)量塊21下方圓形陣列有上下兩個(gè)X軸下級(jí)板24，左右兩個(gè)Y軸下級(jí)板25。
[0023]水平軸結(jié)構(gòu)20中的環(huán)形彈簧23位于陀螺儀的中心，X向彈簧26共有兩個(gè)，沿Y軸左右對(duì)稱分布，其一端連接水平軸質(zhì)量塊21，另一端連接圓環(huán)22，Y向彈簧27亦有兩個(gè)，沿X軸上下對(duì)稱分布，其一端連接于驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)40，另一端連接于圓環(huán)22。X軸下極板24共有兩個(gè)，沿Y軸對(duì)稱分布，Y軸下極板25亦有兩個(gè)，沿X軸對(duì)稱分布，X軸下級(jí)板24和Y軸下級(jí)板25固定于襯底10上，位于水平軸質(zhì)量塊21的下方。優(yōu)選地，X軸下級(jí)板24與Y軸下級(jí)板25呈扇面狀，以水平軸質(zhì)量塊21的中心為圓心，交錯(cuò)合圍成一圓形，連接處留有縫隙。
[0024]本實(shí)用新型的Z軸結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖1和圖2，包括懸浮于襯底10上方的矩形框狀的Z軸驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊31，及位于Z軸驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊31框內(nèi)且亦懸浮于襯底10上方的Z軸檢測(cè)質(zhì)量塊32、Z軸檢測(cè)固定梳齒34及Z軸檢測(cè)活動(dòng)梳齒33，Z軸檢測(cè)固定梳齒34通過(guò)錨點(diǎn)固定于襯底10，Z軸檢測(cè)活動(dòng)梳齒33設(shè)于Z軸檢測(cè)質(zhì)量塊32上。Z軸檢測(cè)質(zhì)量塊32的上下側(cè)邊通過(guò)兩個(gè)Z軸連接彈簧36連接Z軸驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊31 'I軸驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊31的左右兩側(cè)邊設(shè)有Z軸固定彈簧35，Z軸固定彈簧35 —端連接Z軸驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊31，一端通過(guò)錨點(diǎn)固定于襯底10。
[0025]本實(shí)用新型每組Z軸結(jié)構(gòu)中的Z軸驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊31和Z軸檢測(cè)質(zhì)量32塊均懸浮于襯底10之上，Z軸檢測(cè)活動(dòng)梳齒33位于Z軸檢測(cè)質(zhì)量塊上，Z軸檢測(cè)固定梳齒34通過(guò)錨點(diǎn)固定在襯底10上，Z軸連接彈簧36共有兩個(gè)，用于連接Z軸驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊31和Z軸檢測(cè)質(zhì)量塊32，Z軸固定彈簧35有兩組，左右對(duì)稱分布于Z軸驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊31兩側(cè)，其一端通過(guò)錨點(diǎn)固定在襯底上，另一端連接于Z軸驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊31。
[0026]本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)40包括懸浮于襯底上方的回轉(zhuǎn)體狀驅(qū)動(dòng)框架41，驅(qū)動(dòng)框架41中部挖空以相隔一定距離地容置圓環(huán)22，驅(qū)動(dòng)框架41上下外緣挖空以相隔一定距離地容置Z軸結(jié)構(gòu)30 ;在圓環(huán)22左右兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)框架41上設(shè)有驅(qū)動(dòng)活動(dòng)梳齒42及驅(qū)動(dòng)檢測(cè)梳齒43，驅(qū)動(dòng)活動(dòng)梳齒42連接驅(qū)動(dòng)框架41，驅(qū)動(dòng)檢測(cè)梳齒43通過(guò)錨點(diǎn)固定于襯底10 ；驅(qū)動(dòng)框架41于靠近每個(gè)Z軸結(jié)構(gòu)30左右兩側(cè)的外緣向圓心處挖空有凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)有一端連接驅(qū)動(dòng)框架41 一端通過(guò)錨點(diǎn)固定于襯底10的驅(qū)動(dòng)框架固定彈簧44 ;驅(qū)動(dòng)框架41與Z軸結(jié)構(gòu)30的結(jié)合處還設(shè)有驅(qū)動(dòng)連接彈簧45，驅(qū)動(dòng)連接彈簧45 —端連接驅(qū)動(dòng)框架41，一端連接Z軸結(jié)構(gòu)的Z軸驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊31。
[0027]驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中的驅(qū)動(dòng)框架41懸浮于襯底10上，驅(qū)動(dòng)活動(dòng)梳齒42連接在驅(qū)動(dòng)框架41上，驅(qū)動(dòng)檢測(cè)梳齒43通過(guò)錨點(diǎn)固定在襯底10上，所述驅(qū)動(dòng)框架固定彈簧44，其一端通過(guò)錨點(diǎn)固定在襯底10上，另一端連接于驅(qū)動(dòng)框架41。所述驅(qū)動(dòng)連接彈簧45，其一端連接在驅(qū)動(dòng)框架41上，另一端連接于Z軸驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊31上。優(yōu)選實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)框架41與每個(gè)Z軸結(jié)構(gòu)30的結(jié)合處設(shè)有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)連接彈簧45，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)連接彈簧45連接于Z軸驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊31與驅(qū)動(dòng)框架41靠近的底邊兩端部。更優(yōu)地，驅(qū)動(dòng)框