[发明专利]具有同步框架的多轴陀螺仪

说明书

本公开描述了一种微机电多轴陀螺仪，该微机电多轴陀螺仪包括：四个基准质量块的组、用于从中央锚定点悬置四个基准质量块的组的中央悬架装置。该陀螺仪还包括同步框架和四个检测质量块的组。一个或更多个侧向角弹簧从侧向相邻的基准质量块延伸至每个检测质量块，并且一个或更多个横向角弹簧从横向相邻的基准质量块延伸至每个检测质量块。

技术领域

本公开涉及微机电陀螺仪，并且尤其涉及多轴陀螺仪，在该多轴陀螺仪中，可以使用相同振荡基准质量块系统来测量围绕一个、两个或三个相互垂直的旋转轴线角旋转。

背景技术

在利用振荡基准质量块的微机电(MEMS)陀螺仪中，一个普遍的问题是，质量块应当优选地易于通过驱动致动器驱动到初级振荡模式(也可以称为驱动振荡模式)，并且也易于通过科里奥利力设置成次级振荡模式(也可以称为感应振荡模式)，但是仍然优选地不受外部干扰而移动。换言之，陀螺仪应当优选地不受由周围元件施加至该陀螺仪的线性和旋转振动的干扰，使得其输出信号仅由陀螺仪在预期的测量频率范围内所经历的角旋转速率确定。例如，在汽车应用中，干扰振动通常在1kHz至50kHz的频率范围内，而测量频率范围通常在1kHz以下。

可以仅利用一个振荡基准质量块来构造简单的MEMS陀螺仪，但是如果存在频率接近陀螺仪的工作频率的外部振动，则陀螺仪的输出信号通常将非常嘈杂。这种陀螺仪仅在高于50kHz的工作频率下才实用，在该频率下，陀螺仪的灵敏度可能非常低，并且其他干扰效应、比如由于制造缺陷而产生的正交信号可能会变得非常突出。众所周知，两个或四个基准质量块反相振荡的基准质量块系统可以比一个质量块的陀螺仪稳定得多，因为由引起两个或四个基准质量块的同相运动的振动所产生的信号分量可以经由差分测量在某种程度上自动抵消。此外，如果可以将同相谐振频率提高到50kHz以上而又不影响差分谐振频率，则陀螺仪对于外部振动可能非常稳定，因为对于干扰振动不存在谐振放大。

一些MEMS陀螺仪被设计成用于测量围绕垂直于设备基板的一个轴线的旋转速率。这种陀螺仪可以被称为z轴陀螺仪。其他MEMS陀螺仪被设计成用于测量围绕位于基板平面内的两个垂直轴线中的任意一个垂直轴线的旋转速率。这样的陀螺仪可以被称为x轴陀螺仪和/或y轴陀螺仪。

可以通过将在相同设备中用于不同旋转轴线的两个或三个单轴陀螺仪组合来创建多轴陀螺仪。这种多轴陀螺仪将具有两个或三个离散的工作频率，这使得电子电路的设计变得困难。于是，对于初级振荡而言，还需要多个维持和稳定电路。一些多轴MEMS陀螺仪被设计成使用同一组振荡的基准质量块来测量围绕x、y和/或z轴的旋转速率，以避免不同频率之间可能的干扰。

很难使基于单个振荡频率的多轴陀螺仪具有强大的对抗外部干扰的能力，因为必须赋予所有基准质量块沿许多不同方向振荡的自由度，以便能够自由地采用与绕三个相互正交的轴线的角旋转相关联的任何次级振荡模式。外部振动仍然必须在使基准质量块附接至固定结构的部分弹性悬架和联接装置中被抑制或在差分测量中被抵消。在利用两个或四个基准质量块的多轴陀螺仪中，很难实现强大的抵抗外部振动的能力以及将所有振荡模式与能量泄漏隔离。

文献US2012048017公开了一种多轴陀螺仪，其中，初级振荡包括相对于中心点同时径向振荡的四个质量块。在该装置中，z轴次级振荡模式不易于与x轴和y轴次级振荡模式解耦。

发明内容

本公开的目的是提供一种用于减轻上述缺点的设备。

本公开的目的通过一种具有如独立权利要求中所述的特征的装置来实现。本公开的优选实施方式在从属权利要求中公开。