本發(fā)明涉及一種微機(jī)電系統(tǒng)陀螺儀,特別是一種單軸微機(jī)電系統(tǒng)陀螺儀。

背景技術(shù)：
MEMS（MicroElectroMechanicalSystem，微機(jī)電系統(tǒng)）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。但是，現(xiàn)在市面上的MEMS陀螺儀結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其測(cè)量結(jié)果存在較大誤差，對(duì)抗振性能比較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有陀螺儀應(yīng)用在運(yùn)動(dòng)方向單一的產(chǎn)品中，存在測(cè)量結(jié)果誤差偏大的問題，提供一種單軸微機(jī)電系統(tǒng)陀螺儀。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種單軸微機(jī)電系統(tǒng)陀螺儀，包括扭動(dòng)質(zhì)量塊、分布于扭動(dòng)質(zhì)量塊四周的各錨點(diǎn)和設(shè)置在位于各錨點(diǎn)與扭動(dòng)質(zhì)量塊之間的電容組設(shè)置區(qū)內(nèi)的各電容組，定義以扭動(dòng)質(zhì)量塊的中心為原點(diǎn)的笛卡爾坐標(biāo)系的x軸的正向指向右側(cè)，y軸的正向指向上側(cè)，各電容組的固定梳齒和可動(dòng)梳齒具有沿z軸方向的高低差；所述電容組包括至少一對(duì)驅(qū)動(dòng)電容組、至少一對(duì)檢測(cè)電容組和至少一對(duì)敏感電容組，每對(duì)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電容組分設(shè)于扭動(dòng)質(zhì)量塊的左、右側(cè)，位于左、右側(cè)的驅(qū)動(dòng)電容組的固定梳齒分別通過左、右驅(qū)動(dòng)錨點(diǎn)固定在基底上，位于左、右側(cè)的驅(qū)動(dòng)電容組的可動(dòng)梳齒分別與扭動(dòng)質(zhì)量塊的左、右側(cè)壁連接，所述左、右驅(qū)動(dòng)錨點(diǎn)作為一對(duì)驅(qū)動(dòng)電極用于接收外圍電路提供的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；每對(duì)兩個(gè)檢測(cè)電容組分設(shè)于扭動(dòng)質(zhì)量塊的左、右側(cè)，位于左、右側(cè)的檢測(cè)電容組的固定梳齒通過與各自對(duì)應(yīng)的檢測(cè)錨點(diǎn)固定在所述基底上，位于左、右側(cè)的檢測(cè)電容組的可動(dòng)梳齒分別與扭動(dòng)質(zhì)量塊的左、右側(cè)壁連接，各檢測(cè)錨點(diǎn)分兩組連接在一起構(gòu)成一對(duì)用于將檢測(cè)電容組的電容變化信號(hào)反饋給一對(duì)所述驅(qū)動(dòng)電極的檢測(cè)電極，使每對(duì)檢測(cè)電容組的兩個(gè)檢測(cè)電容組與不同的檢測(cè)電極連接，以調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電容組的振動(dòng)幅度；每對(duì)兩個(gè)敏感電容組分設(shè)于扭動(dòng)質(zhì)量塊的上、下側(cè)，位于上、下側(cè)的敏感電容組的固定梳齒通過與各自相對(duì)應(yīng)的敏感錨點(diǎn)固定在所述基底上，位于上、下側(cè)的敏感電容組的可動(dòng)梳齒通過外周彈性梁與扭動(dòng)質(zhì)量塊連接；各敏感錨點(diǎn)分兩組連接在一起構(gòu)成一對(duì)提供用于測(cè)定外加角速度值的敏感信號(hào)的敏感電極，使每對(duì)敏感電容組的兩個(gè)敏感電容組與不同的敏感電極連接，所有敏感電容組的可動(dòng)梳齒通過固定彈性梁與各固定錨點(diǎn)連接；以及，位于扭動(dòng)質(zhì)量塊中心位置處的中心錨點(diǎn)通過中部彈性梁與扭動(dòng)質(zhì)量塊相連接。優(yōu)選的是，每對(duì)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電容組關(guān)于y軸對(duì)稱，及每對(duì)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電容與扭動(dòng)質(zhì)量塊的連接位置關(guān)于y軸對(duì)稱。優(yōu)選的是，所述電容組包括兩對(duì)驅(qū)動(dòng)電容組，兩對(duì)驅(qū)動(dòng)電容組關(guān)于x軸對(duì)稱設(shè)置。優(yōu)選的是，所述左、右驅(qū)動(dòng)錨點(diǎn)在x軸上關(guān)于y軸對(duì)稱設(shè)置。優(yōu)選的是，所述電容組包括兩對(duì)檢測(cè)電容組，各對(duì)檢測(cè)電容組關(guān)于y軸對(duì)稱設(shè)置，兩對(duì)檢測(cè)電容組關(guān)于x軸對(duì)稱設(shè)置，與兩對(duì)檢測(cè)電容組中的分別位于左、右側(cè)的檢測(cè)電容組的固定梳齒相連接的檢測(cè)錨點(diǎn)連接在一起形成一對(duì)檢測(cè)電極。優(yōu)選的是，所述電容組包括兩對(duì)敏感電容組，各對(duì)敏感電容組關(guān)于x軸對(duì)稱設(shè)置，兩對(duì)敏感電容組關(guān)于y對(duì)稱設(shè)置，與兩對(duì)敏感電容組中的分別位于上、下側(cè)的敏感電容組的固定梳齒相連接的敏感錨點(diǎn)連接在一起形成一對(duì)敏感電極。優(yōu)選的是，所述固定錨點(diǎn)設(shè)置于單軸微機(jī)電系統(tǒng)陀螺儀的四個(gè)邊角處。本發(fā)明的有益效果為：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)于單項(xiàng)運(yùn)動(dòng)的角速度測(cè)量結(jié)果誤差較小，抗振性能好。附圖說明圖1為本發(fā)明單軸微機(jī)電系統(tǒng)陀螺儀整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明單軸微機(jī)電系統(tǒng)陀螺儀驅(qū)動(dòng)電容組可動(dòng)梳齒與固定梳齒的截面圖。圖3為本發(fā)明單軸微機(jī)電系統(tǒng)陀螺儀中扭動(dòng)質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)狀態(tài)圖。圖4為本發(fā)明單軸微機(jī)電系統(tǒng)陀螺儀中驅(qū)動(dòng)電路的原理圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明：現(xiàn)以設(shè)置兩對(duì)驅(qū)動(dòng)電容組C1、兩對(duì)檢測(cè)電容組C2和兩對(duì)敏感電容組C3為實(shí)施例說明本發(fā)明的單軸微機(jī)電系統(tǒng)陀螺儀的具體結(jié)構(gòu)。定義以扭動(dòng)質(zhì)量塊m1的中心為原點(diǎn)的笛卡爾坐標(biāo)系的x軸方向?yàn)樽?、右方向，y軸方向?yàn)樯?、下方向，各電容組的固定梳齒和可動(dòng)梳齒具有沿z軸方向的高低差，如圖1所示，扭動(dòng)質(zhì)量塊m1的四周分布有錨點(diǎn)，錨點(diǎn)與扭動(dòng)質(zhì)量塊m1之間的區(qū)域?yàn)橛糜谠O(shè)置各類電容組的電容組設(shè)置區(qū)，電容組設(shè)置區(qū)包括分別位于扭動(dòng)質(zhì)量塊左、右、上、下側(cè)的左、右、上、下電容組設(shè)置區(qū)。每對(duì)驅(qū)動(dòng)電容組的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電容組C1分別設(shè)置在左、右電容組設(shè)置區(qū)內(nèi)，位于左電容組設(shè)置區(qū)內(nèi)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電容組C1的固定梳齒通過左驅(qū)動(dòng)錨點(diǎn)1a固定在陀螺儀的基底上，可動(dòng)梳齒與扭動(dòng)質(zhì)量塊m1的左側(cè)壁連接；位于右電容組設(shè)置區(qū)內(nèi)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電容組C2的固定梳齒通過右驅(qū)動(dòng)錨點(diǎn)1b固定在所述基底上，可動(dòng)梳齒與扭動(dòng)質(zhì)量塊m1的右側(cè)壁連接；左、右驅(qū)動(dòng)錨點(diǎn)1a、1b作為一對(duì)驅(qū)動(dòng)電極用于接收外圍電路提供的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。每對(duì)敏感電容組的兩個(gè)敏感電容組分設(shè)在左、右電容組設(shè)置區(qū)內(nèi)，位于左電容組設(shè)置區(qū)內(nèi)的第一、第二檢測(cè)電容組C21、C22的固定梳齒分別通過第一、第二檢測(cè)錨點(diǎn)2a1、2b1固定在所述基底上，可動(dòng)梳齒與扭動(dòng)質(zhì)量塊m1的左側(cè)壁連接；位于右電容組設(shè)置區(qū)內(nèi)的第三、第四檢測(cè)電容組C23、C24的固定梳齒分別通過第三、第四檢測(cè)錨點(diǎn)2a2、2b2固定在所述基底上，可動(dòng)梳齒與扭動(dòng)質(zhì)量塊m1的右側(cè)壁連接，其中，第一、第三檢測(cè)錨點(diǎn)2a1、2a2連接在一起，構(gòu)成一個(gè)檢測(cè)電極，第二、第四檢測(cè)錨點(diǎn)2b1、2b2連接在一起構(gòu)成另一個(gè)檢測(cè)電極，使四個(gè)檢測(cè)電容組C2形成差動(dòng)連接，如圖4所示，兩個(gè)檢測(cè)電極用于將檢測(cè)電容組C2的電容變化信號(hào)反饋給一對(duì)驅(qū)動(dòng)電極，即反饋給驅(qū)動(dòng)電容組C1，以通過改變外加電壓大小，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電容組C1的振動(dòng)幅度，在此，電容變化信號(hào)可經(jīng)過電荷放大電路再反饋給一對(duì)驅(qū)動(dòng)電極。以上的與扭動(dòng)質(zhì)量塊m1連接的可動(dòng)梳齒將隨扭動(dòng)質(zhì)量塊m1運(yùn)動(dòng)，連接于同一錨點(diǎn)上的電容組相當(dāng)于進(jìn)行并聯(lián)連接，并聯(lián)連接的電容組具有相同的電容變化趨勢(shì)，比如，在結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中，并聯(lián)連接的電容組的電容值會(huì)同時(shí)增加或減少。位于扭動(dòng)質(zhì)量塊m1中心位置處的中心錨點(diǎn)3通過中部彈性梁b1與扭動(dòng)質(zhì)量塊m1相連接。每對(duì)敏感電容組的兩個(gè)敏感電容組分設(shè)在上、下電容組設(shè)置區(qū)內(nèi)，位于上電容組設(shè)置區(qū)內(nèi)的第一、第二敏感電容組C31、C32的固定梳齒分別通過第一、第二敏感錨點(diǎn)4a1、4b1固定在所述基底上，可動(dòng)梳齒通過外周彈性梁b2與扭動(dòng)質(zhì)量塊m1連接；位于下電容組設(shè)置區(qū)內(nèi)的第三、第四敏感電容組C33、C34的固定梳齒分別通過第三、第四敏感錨點(diǎn)4a2、4b2固定在所述基底上，可動(dòng)梳齒通過外周彈性梁b2與扭動(dòng)質(zhì)量塊m1連接；第一、第三敏感錨點(diǎn)4a1、4a2連接在一起構(gòu)成一個(gè)敏感電極，第二、第四敏感錨點(diǎn)4b1、4b2連接在一起構(gòu)成另一個(gè)敏感電極，通過一對(duì)敏感電極提供用于測(cè)定外加角速度值的敏感信號(hào)。在此，所有敏感電容組C3的可動(dòng)梳齒可通過固定彈性梁b3與各固定錨點(diǎn)5連接，以起到支撐和平衡作用。為了保證陀螺儀整體的均衡性，左、右驅(qū)動(dòng)錨點(diǎn)1a、1b在x軸上關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱設(shè)置，第一檢測(cè)錨點(diǎn)2a1和第四檢測(cè)錨點(diǎn)2b2位于x軸的上方、且關(guān)于y軸對(duì)稱，第二檢測(cè)錨點(diǎn)2b1與第一檢測(cè)錨點(diǎn)2a1關(guān)于x軸對(duì)稱設(shè)置，第三檢測(cè)錨點(diǎn)2a2與第四檢測(cè)錨點(diǎn)2b2關(guān)于x軸對(duì)稱設(shè)置，第一、第二敏感錨點(diǎn)4a1、4b1位于扭動(dòng)質(zhì)量塊m1的上方，且關(guān)于y軸對(duì)稱設(shè)置，第一敏感錨點(diǎn)4a1與第四敏感錨點(diǎn)4b2關(guān)于x軸對(duì)稱設(shè)置，第二敏感錨點(diǎn)4b1與第三敏感錨點(diǎn)4a2關(guān)于x軸對(duì)稱設(shè)置；另外，本實(shí)施例設(shè)置四個(gè)固定錨點(diǎn)5，四個(gè)固定錨點(diǎn)5分設(shè)在陀螺儀的四個(gè)邊角處。對(duì)于上述配置，位于左、右電容組設(shè)置區(qū)內(nèi)的一對(duì)驅(qū)動(dòng)電容組關(guān)于y軸對(duì)稱設(shè)置，兩對(duì)驅(qū)動(dòng)電容組關(guān)于x軸對(duì)稱設(shè)置。第一檢測(cè)電容組C21與第四檢測(cè)電容組C24作為一對(duì)檢測(cè)電容組在驅(qū)動(dòng)電容組C1的上方關(guān)于y軸對(duì)稱設(shè)置，第二檢測(cè)電容組C22和第三檢測(cè)電容組C23作為另一對(duì)檢測(cè)電容組與上一對(duì)檢測(cè)電容組關(guān)于x軸對(duì)稱設(shè)置。第一敏感電容組C31與第四敏感電容組C34作為一對(duì)敏感電容組關(guān)于x軸對(duì)稱設(shè)置，第二敏感電容組C32和第三敏感電容組C33作為另一對(duì)敏感電容組與上一對(duì)敏感電容組關(guān)于y軸對(duì)稱設(shè)置。在此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，驅(qū)動(dòng)電容組C1，檢測(cè)電容組C2及敏感電容組C3的數(shù)目和連接方式并非限制為以上給出的實(shí)施例。設(shè)置驅(qū)動(dòng)電容組，檢測(cè)電容組及敏感電容組的目的分別在于提供驅(qū)動(dòng)，檢測(cè)及敏感信號(hào)，電容組的數(shù)目和連接的不同僅提供了驅(qū)動(dòng)，檢測(cè)及敏感信號(hào)大小及對(duì)稱性的差異，而不改變相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)，檢測(cè)和敏感的功能。如圖2所示，驅(qū)動(dòng)電容組C1相鄰梳齒（可動(dòng)和固定梳齒間隔設(shè)置）的在z軸方向上的高度存在高低差，當(dāng)固定梳齒和可動(dòng)梳齒的電位不相等時(shí)，驅(qū)動(dòng)電容組C1的固定梳齒與可動(dòng)梳齒將產(chǎn)生沿z軸方向的相互作用力。如圖1所示，一對(duì)驅(qū)動(dòng)電極1a、1b上將施加幅值，頻率相等，相位相反的驅(qū)動(dòng)電壓，使得左、右側(cè)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電容組與扭動(dòng)質(zhì)量塊m1之間產(chǎn)生反相的驅(qū)動(dòng)力，從而帶動(dòng)扭動(dòng)質(zhì)量塊m1沿y軸做簡(jiǎn)諧振動(dòng)。檢測(cè)電容組C2由于扭動(dòng)質(zhì)量塊M1的振動(dòng)，其電容值也發(fā)生變化，根據(jù)檢測(cè)電容組C2數(shù)值的變化調(diào)節(jié)外加驅(qū)動(dòng)電壓的變化，最終調(diào)節(jié)扭動(dòng)質(zhì)量塊m1的振動(dòng)幅度。如圖3所示，扭動(dòng)質(zhì)量塊繞y軸擺動(dòng)，當(dāng)外加角速度作用于x方向，其產(chǎn)生的哥氏力將使扭動(dòng)質(zhì)量塊繞z軸發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過外周彈性梁b2帶動(dòng)敏感電容組C3的可動(dòng)梳齒運(yùn)動(dòng)，使敏感電容組C3的電容值發(fā)生變化，從而測(cè)定外加角速度的大小。根據(jù)以上說明的陀螺儀的工作原理可知，其至少存在兩個(gè)模態(tài)：驅(qū)動(dòng)模態(tài)和檢測(cè)模態(tài)，驅(qū)動(dòng)模態(tài)為扭動(dòng)質(zhì)量塊m1繞y軸扭動(dòng)，此時(shí)，外周彈性梁b2與扭動(dòng)質(zhì)量塊m1連接的一端會(huì)隨扭動(dòng)質(zhì)量塊m1扭動(dòng)，而另一端在固定彈性梁b3及與其連接的固定錨點(diǎn)5作用下不動(dòng)，因此，在驅(qū)動(dòng)模態(tài)下，外周彈性梁b2會(huì)扭動(dòng)；在敏感模態(tài)下，整個(gè)結(jié)構(gòu)除電容組的固定梳齒和各錨點(diǎn)外，將繞Z軸相對(duì)于原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，此時(shí)外周彈性梁b2在不考慮加工誤差情況下只會(huì)在XY平面內(nèi)發(fā)生變形。綜上所述僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施例，并非用來限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。即凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化及修飾，皆應(yīng)屬于本發(fā)明的技術(shù)范疇。