【技术领域】
本发明涉及微机械系统技术领域，尤其涉及一种三轴陀螺仪。
背景技术：
陀螺是用于测量角速率的传感器，是惯性技术的核心器件之一，在现代工业控制、航空航天、国防军事及消费电子等领域发挥着重要作用。
陀螺的发展大致可分为三个阶段：
第一阶段是传统的机械转子陀螺，它精度很高，在核潜艇、洲际战略导弹等军用战略武器上发挥着不可替代的作用，但它的体积较大、制造过程复杂、价格昂贵、周期长且不适合批量化生产；第二阶段是光学检测陀螺，主要包括激光陀螺和光纤陀螺，主要利用萨格纳克效应，其优点是无旋转部件、精度较高，在航海和航空航天方面发挥着重要作用，但仍面临着体积较大、成本较高、不易集成的问题；第三阶段是微机械陀螺，发展于20世纪90年代，其研究起步较晚，但凭借着体积小、功耗小、重量轻、可批量生产、价格低、抗过载能力强和可集成的独特优点发展迅速，适用于飞机导航、汽车制造、数码电子、工业器械等民用领域和无人机、战术导弹、智能炸弹、军用瞄准系统等现代国防军事领域，其具有广泛的应用前景，越来越受到人们的关注。
随着消费市场的需求量增大，对mems(micro-electro-mechanicalsystem)陀螺仪的尺寸、性能有了更高的要求，陀螺仪也从单轴陀螺仪变为三轴陀螺仪，早期的三轴陀螺仪由三个独立的单轴陀螺仪组成，需要包含单独的驱动结构，故整体结构尺寸大。现消费级应用中，一般为单片三轴陀螺仪，特点是驱动共享，并对x/y/z陀螺质量块进行合理布局，尽管如此三轴陀螺仪同样面临着尺寸较大，集成度不高，正交误差大的问题。
参见中国发明专利cn108225295a，其公开了一种音叉驱动效应的三轴陀螺仪，该专利公开的三轴陀螺结构巧妙的设计了转向结构，左右质量块用于检测y/z轴角速率，中心质量块用于检测x轴角速率，但明显其集成度不高，且y/z质量块共用质量块容易产生耦合；继续参见中国发明专利cn110926445a，其公开了一种三轴mems陀螺仪，该专利所公开的微陀螺结构为共享驱动，其创新点在于x/y陀螺仪结构设计新颖，且x/y轴陀螺仪相互作用且设置在驱动框架中间位置，并通过中心锚点支撑，z轴陀螺仪分布在x/y陀螺仪两侧，并连接着中间的陀螺仪结构。其整体结构设计新颖合理，集成度高，但其z轴陀螺仪没有直接解耦，可能会面临着灵敏度低，正交误差大的问题。
因此，亟需提出一种新的技术方案来解决现有技术中三轴陀螺仪集成度低、正交误差大的问题。
技术实现要素：
本发明的目的之一在于提供一种三轴陀螺仪，其具有集成度高、正交误差小的优点。
根据本发明的一个方面，本发明提供一种三轴陀螺仪，其包括：第一驱动框架，其能够沿x轴进行谐振运动；第二驱动框架，其与第一驱动框架平行且间隔预定距离，其能够沿x轴进行与第一驱动框架反向的谐振运动；连接于第一驱动框架和第二驱动框架之间的x/y陀螺结构；连接于第一驱动框架和第二驱动框架之间且位于所述x/y陀螺结构一侧的z陀螺结构；其中，所述x/y陀螺结构与所述z陀螺结构相互独立，所述x/y陀螺结构和z陀螺结构均是由所述第一驱动框架和第二驱动框架共同驱动。
与现有技术相比，本发明中的三轴陀螺仪的x/y陀螺结构和所述z陀螺结构都是由同样的两个驱动框架驱动，同时所述x/y陀螺结构与所述z陀螺结构相互独立，所述三轴陀螺仪结构整体合理紧凑，集成度高。当感应的不同方向角速度时，由于柯氏效应，所述x/y陀螺结构和所述z陀螺结构相互独立，不互相影响，可减小正交误差，提高检测精度。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明在一个实施例中的三轴陀螺仪的整体结构示意图；
图2为本发明的图1所示的z中心耦合梁4i的结构示意图；
图3为本发明中图1所示的三轴陀螺仪驱动状态时的示意图；
图4为本发明中图1所示的三轴陀螺仪x轴检测时的示意图；
图5为本发明中图1所示的三轴陀螺仪y轴检测时的示意图；
图6为本发明中图1所示的三轴陀螺仪z轴检测时的示意图；
图7为图1所示的第一驱动框架区域的放大示意图；
图8为图1所示的x/y中心耦合梁区域的放大示意图；
图9为图1所示的z质量块区域的放大示意图。
其中，1a-上驱动框架(或第一驱动框架)；1b-下驱动框架(或第二驱动框架)；
2a-上质量块y(或第一质量块)；2b-下质量块y(或第二质量块)；2c-左质量块x(或第三质量块)；2d-右质量块x(或第四质量块)；2e-上质量块z(或第一z质量块)；2f-下质量块z(或第二z质量块)；2g-上检测框架(或第一z检测框架)；2h-下检测框架(或第二z检测框架)；
3a.1～3a.12-第一驱动电极；3a.13～3a.24-第二驱动电极；3b.1和3b.2-第一驱动反馈电极；3b.3和3b.4-第二驱动反馈电极；3c.1-第一y轴检测电极，3c.2-第二y轴检测电极；3d.1-第一x轴检测电极，3d.2-第二x轴检测电极；3e.1～3e.16-第一z轴检测电极，3e.17～3e.32-第二z轴检测电极；
4a.1和4a.2-第一驱动框架支撑梁，4a.3和4a.4-第二驱动框架支撑梁；4b.1-第一x/y驱动耦合梁，4b.2-第二x/y驱动耦合梁；4c.1第一z驱动耦合梁，4c.2-第二z驱动耦合梁；4d.1-第一x/y转向梁，4d.2-第二x/y转向梁，4d.3-第三x/y转向梁，4d.4-第四x/y转向梁；4e.1-第一x/y连接梁，4e.2-第二x/y连接梁，4e.3-第三x/y连接梁，4e.4-第四x/y连接梁；4f-x/yz中心耦合梁；4j.1～4j.4-第一z连接梁，4j.5～4j.8-第二z连接梁；4h.1和4h.2-检测框架耦合梁；4i-z中心耦合梁；
5a.1和5a.2-第一驱动框架锚点，5a.3和5a.4-第二驱动框架锚点；5b.1-第一x/y转向梁锚点，5b.2-第二x/y转向梁锚点，5b.3-第三x/y转向梁锚点，5b.4-第四x/y转向梁锚点；5c.1-第一检测框架耦合梁锚点，5c.2-第二检测框架耦合梁锚点；5d-z中心耦合梁锚点。
【具体实施方式】
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”“耦接”等术语应做广义理解；例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种三轴陀螺仪。请参考图1所示，其为本发明在一个实施例中的三轴陀螺仪的整体结构示意图。
图1所示的三轴陀螺仪包括第一驱动框架1a、第二驱动框架1b、x/y陀螺结构和z陀螺结构。第一驱动框架1a能够沿x轴进行谐振运动。第二驱动框架1b与第一驱动框架1a平行且间隔预定距离，其能够沿x轴进行与第一驱动框架1a反向的谐振运动。所述x/y陀螺结构连接于第一驱动框架1a和第二驱动框架1b之间，其能够感应到x轴角速度和y轴角速度。所述z陀螺结构连接于第一驱动框架1a和第二驱动框架1b之间且位于所述x/y陀螺结构一侧，其能够感应到z轴角速度。其中，所述x/y陀螺结构与所述z陀螺结构相互独立，互相不直接连接，所述x/y陀螺结构和z陀螺结构均是由所述第一驱动框架1a和第二驱动框架1b共同驱动。所述三轴陀螺仪结构整体合理紧凑，集成度高。当感应的不同方向角速度时，由于柯氏效应，所述x/y陀螺结构和所述z陀螺结构相互独立，不互相影响，可减小正交误差，提高检测精度。
为了更好的说明本发明所示的三轴陀螺仪的结构，可以建立一个三维直角坐标系，在图1所示的实施例中，在三轴陀螺仪的基底所在的平面内，以平行于第一驱动框架1a和第二驱动框架1b的方向为x轴，以垂直于第一驱动框架1a和第二驱动框架1b的方向为y轴，以x轴和y轴为坐标轴确定z轴，通过x轴、y轴和z轴建立的三维直角坐标系在图1中有所体现。
如图1、7-9所示的，所述三轴陀螺仪还包括：第一驱动框架锚点5a.1和5a.2；第一驱动框架支撑梁4a.1和4a.2，其连接于第一驱动框架锚点5a.1，5a.2和第一驱动框架1a之间；第二驱动框架锚点5a.3和5a.4；第二驱动框架支撑梁4a.3和4a.4，其连接于第二驱动框架锚点5a.3和5a.4和第二驱动框架1b之间；设置于第一驱动框架1a内的第一驱动电极3a.1-3a.12和第一驱动反馈电极3b.1和3b.2；设置于第二驱动框架1b内的第二驱动电极3a.13-3a.24和第二驱动反馈电极3b.3和3b.4。
第一驱动电极3a.1-3a.12、第一驱动反馈电极3b.1和3b.2、第二驱动电极3a.13-3a.24和第二驱动反馈电极3b.3和3b.4固定设置于基底(未图示)上，第一驱动框架1a通过第一驱动框架支撑梁4a.1和4a.2与第一驱动框架锚点5a.1和5a.2连接，第一驱动框架1a和第一驱动框架支撑梁4a.1和4a.2悬置于所述基底上方，第二驱动框架1b通过第二驱动框架支撑梁4a.3和4a.4与第二驱动框架锚点5a.3和5a.4连接，第二驱动框架1b和第二驱动框架支撑梁4a.3和4a.4悬置于所述基底上方。其中，驱动框架1a、1b与驱动框架支撑梁4a.1-4a.4结构同厚，为悬浮结构，而锚点5a.1-5a.4为非悬浮结构，直接连接基底起支撑作用。
在图1和7-9所示的具体实施例中，第一驱动框架1a和第二驱动框架1b结构相同，关于x轴对称布置(或上下对称分布)。第一驱动框架1a分别通过第一驱动框架支撑梁4a.1和4a.2与第一驱动框架锚点5a.1和5a.2相连接，第一驱动电极3a.1～3a.12在第一驱动框架1a内沿x轴方向(或左右方向)依次排布，第一驱动反馈电极3b.1和3b.2在第一驱动框架1a内沿x轴方向排布于相邻的两个第一驱动电极3a.6和3a.7之间。第二驱动框架1b分别通过第二驱动框架支撑梁4a.3和4a.4与第二驱动框架锚点5a.3和5a.4相连接，第二驱动电极3a.13～3a.24在第二驱动框架1b内沿x轴方向(或左右方向)依次排布，第二驱动反馈电极3b.3和3b.4在第二驱动框架1b内沿x轴方向排布于相邻的两个第二驱动电极3a.18和3a.19之间。驱动框架支撑梁4a.1～4a.4均采用相同的u型结构且开口方向与y轴平行，其中，驱动框架支撑梁4a.1和4a.3关于x轴对称分布，驱动框架支撑梁4a.2和4a.4关于x轴对称分布；驱动框架锚点5a.1和5a.3关于x轴对称分布，驱动框架锚点5a.2和5a.4关于x轴对称分布。
如图3所示的，通过在第一驱动电极3a.1-3a.12上施加驱动电压驱动第一驱动框架1a沿x轴进行谐振运动；通过在第二驱动电极3a.13-3a.24上施加驱动电压驱动第二驱动框架1b沿x轴进行与第一驱动框架1a反向的谐振运动。图3仅示例的给出了第一驱动框架1a和第二驱动框架1b沿x轴的一个运动方向。关于在驱动电极上施加驱动电压驱动驱动框架沿x轴进行谐振运动的详细方案可以参考现有的相关技术，此文不再详述。
在一个实施例中，所述x/y陀螺结构包括：第一x/y驱动耦合梁4b.1，第二x/y驱动耦合梁4b.2，第一质量块2a、第二质量块2b、第三质量块2c和第四质量块2d、四个转向梁锚点5b.1～5b.4和四个转向梁4d.1～4d.4。第一质量块2a、第二质量块2b、第三质量块2c和第四质量块2d分别设置于所述x/y陀螺结构的中心点a的上下左右四个位置，第一质量块2a与第三质量块2c和第四质量块2d相邻设置，第二质量块2b与第三质量块2c和第四质量块2d相邻设置，第一质量块2a通过第一x/y驱动耦合梁4b.1与第一驱动框架1a相连，第二质量块2b通过第二x/y驱动耦合梁4b.2与第二驱动框架2b相连。每个转向梁5b.1～5b.4与对应的一个转向梁锚点4d.1～4d.4相连，相邻的两个质量块通过对应的一个转向梁相连。其中，在第一驱动框架1a沿x轴进行谐振运动，第二驱动框架1b沿x轴进行与第一驱动框架1a反向的谐振运动时，第一驱动框架1a通过第一x/y驱动耦合梁4b.1带动第一质量块2a沿x轴进行谐振运动，第二驱动框架1b通过第二x/y驱动耦合梁4b.2带动第二质量块2b沿x轴进行与第一质量块2a反向的谐振运动，第一质量块2a和第二质量块2b通过相应的转向梁(例如，转向梁4d.1和4d.3)进而带动第三质量块2c沿y轴进行谐振运动，通过相应的转向梁(例如，转向梁4d.2和4d.4)进而带动第四质量块2d沿y轴进行与第三质量块2c反向的谐振运动。其中，所述x/y陀螺结构的质量块2a～2d上可设置一定数量的阻尼孔，用来减小阻尼，提高陀螺的品质因数以及灵敏度。
在一个实施例中，所述x/y陀螺结构还包括：位于所述x/y陀螺结构的中心点a的x/y中心耦合梁4f；分别连接于对应的质量块内侧的四个x/y连接梁4e.1～4e.4，每个连接梁都连接至所述x/y中心耦合梁4f；设置于第一质量块2a下方的第一y轴检测电极3c.1；设置于第二质量块2b下方的第二y轴检测电极3c.2；设置于第三质量块2c下方的第一x轴检测电极3d.1；设置于第四质量块2d下方的第二x轴检测电极3d.2。当感应到y轴角速度输入时，会使得第一质量块2a和第二质量块2b沿着z轴方向发生反向运动，第一y轴检测电极3c.1检测与第一质量块2a的距离变化，第二y轴检测电极3c.2检测与第二质量块2b的距离变化，具体的，敏感到y轴角速率后的第一y轴检测电极3c.1和第二y轴检测电极3c.2的电容一个增大，一个减小，两者差分得到y轴角速度引起的电容变化，进而得到输入的y轴角速率大小；当感应到x轴角速度输入时，导致第三质量块2c和第四质量块2d沿着z轴方向发生反向运动，第一x轴检测电极3d.1检测与第三质量块2c的距离变化，第二x轴检测电极3d.2检测与第四质量块2d的距离变化，具体的，敏感到x轴角速率后的第一x轴检测电极3d.1和第二x轴检测电极3d.2的电容一个增大，一个减小，两者差分得到x轴角速度引起的电容变化，进而得到输入的x轴角速率大小。
在图1所示的具体实施例中，第一x/y驱动耦合梁4b.1和第二x/y驱动耦合梁4b.2结构相同且关于x轴对称；x/y陀螺结构中的四个质量块2a～2d的结构相同，均包括矩形部和等腰梯形部；四个质量块2a～2d整体关于x轴和y轴对称；四个转向梁4d.1～4d.4整体关于x轴和y轴对称；四个转向梁锚点5b.1～5b.4整体关于x轴和y轴对称；x轴检测电极3d.1、3d.2，y轴检测电极3c.1、3c.2，转向梁锚点5b.1～5b.4固定设置于基底上；x/y陀螺结构的四个质量块2a～2d，四个转向梁4d.1～4d.4，x/y驱动耦合梁4b.1、4b.2，x/y中心耦合梁4f、四个x/y连接梁4e.1～4e.4悬置于基底上方。四个转向梁4d.1～4d.4分别位于由所述x/y陀螺结构中的四个质量块2a～2d组成的图形的四个边角；四个转向梁锚点5b.1～5b.4分别位于由x/y陀螺结构的四个质量块2a～2d组成的图形的四个边角；四个转向梁4d.1～4d.4分别与四个转向梁锚点5b.1～5b.4一一对应连接；相邻的两个质量块通过对应的一个转向梁相连，例如，x/y转向梁4d.1连接第三质量块2c和第一质量块2a，x/y转向梁4d.2连接第一质量块2a和第四质量块2d，x/y转向梁4d.3连接第四质量块2d和第二质量块2b，x/y转向梁4d.4连接第二质量块2b和第三质量块2c。
在图1所示的具体实施例中，每个转向梁4d.1～4d.4为由正方形去掉一个边角后形成的五边形，每个所述五边形中，其一个边角与对应的一个转向梁块锚点相连，与该边角相邻的另外两个边角分别与x/y陀螺结构中对应的两个相邻的质量块相连。x/y中心耦合梁4f为同心圆结构，其圆心为x/y陀螺结构的中心点a；四个x/y连接梁4e.1～4e.4结构相同，且四个x/y连接梁4e.1～4e.4整体关于x轴和y轴对称，每个x/y连接梁4e.1～4e.4包括长度由外向内逐渐减小的多个中空直梁部以及将中空直梁连接的连接部；其中，位于x/y中心耦合梁4f上下两侧的x/y连接梁4e.1和4e.2平行于x轴放置(或沿左右方向放置，位于x/y中心耦合梁4f左右两侧的x/y连接梁4e.3和4e.4平行于y轴放置(或沿上下方向放置)。
如图1，7-9所示的，所述z陀螺结构包括：
第一z驱动耦合梁4c.1和第二z驱动耦合梁4c.2；
第一z检测框架2g，其通过第一z驱动耦合梁4c.1与第一驱动框架1a连接，其内定义有第一z空间；
第一z质量块2e，其位于第一z空间内并通过第一z连接梁4j.1～4j.4与第一z检测框架2g相连；
第二z检测框架2h，其通过第二z驱动耦合梁4c.2与第二驱动框架1b连接，其内定义有第二z空间；
第二z质量块2f，其位于第二z空间内并通过第二z连接梁4j.5～4j.8与第二z检测框架2h相连；
其中，在第一驱动框架1a沿x轴进行谐振运动，第二驱动框架1b沿x轴进行与第一驱动框架1a反向的谐振运动时，第一驱动框架1a通过第一z驱动耦合梁4c.1、第一z检测框架2g、第一z连接梁4j.1～4j.4带动第一z质量块2e沿x轴进行谐振运动，第二驱动框架1b通过第二z驱动耦合梁4c.2、第二z检测框架2h、第二z连接梁4j.5～4j.8带动第二z质量块2f沿x轴进行与第一z质量块2e反向的谐振运动。
在图1，7-9所示的具体实施例中，第一z驱动耦合梁4c.1和第二z驱动耦合梁4c.2的结构相同且关于x轴对称；第一z检测框架2g和第二z检测框架2h的结构相同且关于x轴对称；第一z质量块2e和第二z质量块2f的结构相同且关于x轴对称；第一z连接梁4j.1～4j.4和第二z连接梁4j.5～4j.8的整体结构相同且关于x轴对称。其中，第一z连接梁4j.1～4j.4为四个，其中，两个第一z连接梁4j.1、4j.2分别位于第一z质量块2e的顶部的左右两端，另外两个第一z连接梁4j.3、4j.4分别位于第一z质量块2e的底部的左右两端，第一z连接梁4j.1～4j.4平行于x轴方向放置(或沿左右方向放置)；第二z连接梁4j.5～4j.8为四个，其中，两个第二z连接梁4j.5、4j.6分别位于第二z质量块2f的顶部的左右两端，另外两个第二z连接梁4j.7、4j.8分部位于第二z质量块2f的底部的左右两端，第二z连接梁4j.5～4j.8平行于x轴方向放置(或沿左右方向放置)。所述第一z质量块2e和第二z质量块2f上可设置有一定数量的阻尼孔，用于减小阻尼，提高z轴陀螺仪的灵敏度。
如图1，2，7-9所示的，所述z陀螺结构还包括：
检测框架耦合梁锚点5c.1、5c.2；
与所述检测框架耦合梁锚点5c.1、5c.2连接的检测框架耦合梁4h.1、4h.2，其连接于第一z检测框架2g和第二z检测框架2h之间；
z中心耦合梁锚点5d；
与z中心耦合梁锚点5d连接的z中心耦合梁4i，其位于所述z陀螺结构的中心点b处，连接于第一z检测框架2g和第二z检测框架2h之间；
所述检测框架耦合梁4h.1、4h.2和所述z中心耦合梁4i设置的促使第一z检测框架2g和第二z检测框架2h沿x轴反向运动。
在图1，7-9所示的具体实施例中，检测框架耦合梁4h.1、4h.2为两个，检测框架耦合梁锚点5c.1、5c.2为两个，两个检测框架耦合梁4h.1、4h.2左右对称分布，两个检测框架耦合梁4h.1、4h.2分别与一个检测框架耦合梁锚点相连，所述两个检测框架耦合梁4h.1、4h.2的一端分别与所述第一z检测框架2g的底部的左右两端相连；所述两个检测框架耦合梁4h.1、4h.2的另一端分别与所述第二z检测框架2h的顶部的左右两端相连。所述两个检测框架耦合梁4h.1、4h.2均为e字型结构，且两者的开口方向相对，其中，e字型结构包括并行排布的三个平行部，以及连接三个平行部的连接部，三个平行部分别称为上平行部，中平行部和下平行部，其中，所述检测框架耦合梁4h.1、4h.2的上平行部与所述第一z检测框架2g的底部相连；所述检测框架耦合梁4h.1、4h.2的中平行部与所述检测框架耦合梁锚点5c.1、5c.2相连；所述检测框架耦合梁4h.1、4h.2的下平行部与第二z检测框架2h的顶部相连。
请参考图2所示，其为本发明的图1所示的z中心耦合梁4i的结构示意图。结合图1和图2可知，z中心耦合梁4i包括与第一z检测框架2g连接的第一结构部分和与第二z检测框架2h连接的第二结构部分，且z中心耦合梁4i的第一结构部分和第二结构部分是关于x轴对称(或上下对称分布)的，z中心耦合梁4i包括四个耦合弹性梁210、四个耦合中间连接梁220、四个耦合支撑梁230、第一耦合端部连接梁240和第二耦合端部连接梁250。
第一耦合端部连接梁240的一端与第一z检测框架2g相连，另一端与一个耦合弹性梁210的中部相连；第二耦合端部连接梁250的一端与第二z检测框架2h相连，另一端与另一个耦合弹性梁210的中部相连；四个耦合弹性梁210和四个耦合中间连接梁220依次交替首尾相连，以形成一个闭环；每个耦合支撑梁230的一端与z中心耦合梁锚点5d相连，另一端与对应的一个耦合中间连接梁220的中部相连。
z中心耦合梁4i的位于x轴的靠近第一z检测框架2g一侧的部分结构被称为第一结构部分，zz中心耦合梁4i的位于x轴的靠近第二z检测框架2h一侧的部分结构被称为第二结构部分。
在图1和2所示的实施例中，耦合弹性梁210为u型结构，且各个u型结构的开口方向背离z中心耦合梁锚点5d；第一耦合端部连接梁240与一个u型结构的底部相连；第二耦合端部连接梁250与另一个u型结构的底部相连；每个耦合中间连接梁220为l型结构，且l型结构的开口方向朝向z中心耦合梁锚点5d；每个耦合支撑梁230的一端与z中心耦合梁锚点5d相连，其另一端与l型结构的角点相连，以使得四个耦合支撑梁230于闭环内形成对角线。
如图1，7-9所示的，所述z陀螺结构还包括：
设置于第一z质量块2e内的第一z轴检测电极3e.1～3e.16；
设置于第二z质量块2f内的第二z轴检测电极3e.17～3e.32；
当感应到z轴角速度输入时，会使得第一z质量块2e和第二z质量块2f沿着y轴方向发生反向运动，第一z轴检测电极检测3e.1～3e.16与第一z质量块2e的距离变化，第二z轴检测电极3e.17～3e.32检测与第二z质量块2f的距离变化。具体的，敏感到z轴角速度后的第一z轴检测电极3e.1～3e.16和第二z轴检测电极3e.17～3e.32的电容一个增大，一个减小，两者差分得到z轴角速度引起的电容变化，进而得到输入的z轴角速率大小。
其中，z轴检测电极3e.1～3e.32、z中心耦合梁锚点5d、检测框架耦合梁锚点5c.1、5c.2设置于基底上，z陀螺结构的第一z驱动耦合梁4c.1和第二z驱动耦合梁4c.2、第一z检测框架2g、第二z检测框架2h、第一z质量块2e、第二z质量块2f、检测框架耦合梁4h.1和4h.2、，z中心耦合梁4i悬置于所述基底上方。
以下介绍本发明中图1所示的三轴陀螺仪的检测原理。
一、x/y轴陀螺仪检测原理
请参考图3所示，其为本发明中图1所示的三轴陀螺仪驱动状态时的示意图。通过施加驱动电压使得上下两侧的第一驱动框架1a和第二驱动框架1b沿x轴方向发生反向谐振运动，会带动x/y陀螺结构发生运动。具体过程为，第一驱动框架1a和第二驱动框架1b通过x/y驱动耦合梁4b.1和4b.2带动第一质量块2a和第二质量块2b沿x轴方向产生左右方向的反向谐振运动，而第一质量块2a和第二质量块2b会通过四周设置的x/y转向梁4d.1～4d.4带动第三质量块2c和第四质量块2d沿y轴产生上下方向的反向谐振运动。
请参考图4所示，其为本发明中图1所示的三轴陀螺仪x轴检测时的示意图。当敏感到x轴角速率输入时，由于柯氏效应会产生柯氏力带动第三质量块2c和第四质量块2d沿着z轴方向发生离面反向运动，第三质量块2c和第四质量块2d下方设置的x轴检测电极3d.1和3d.2敏感到距离发生变化，进而x轴检测电极3d.1和3d.2的自身电容会随之改变，通过检测电容的变化可得到x轴角速率的大小。
请参考图5所示，其为本发明中图1所示的三轴陀螺仪y轴检测时的示意图。当敏感到y轴角速率输入时，由于柯氏效应会产生柯氏力带动第一质量块2a和第二质量块2b沿着z轴方向发生离面反向运动，第一质量块2a和第二质量块2b下方设置的y轴检测电极3c.1和3c.2敏感到距离发生变化，进而y轴检测电极3c.1和3c.2的自身电容会随之改变，通过检测电容的变化可得到y轴角速率的大小。
二、z轴陀螺仪检测原理
请继续参考图3所示，通过施加驱动电压使得上下两侧的第一驱动框架1a和第二驱动框架1b沿x轴方向发生反向谐振运动，会带动z陀螺结构发生运动。具体过程为，第一驱动框架1a和第二驱动框架1b通过z驱动耦合梁4c.1和4c.2带动第一z检测框架2g和第二z检测框架2h沿x轴方向产生左右方向的反向谐振运动，第一z检测框架2g和第二z检测框架2h内部分别设置有第一z质量块2e和第二z质量块2f，第一z检测框架2g和第二z检测框架2h会带动第一z质量块2e和第二z质量块2f沿x轴方向发生左右方向的反向谐振运动。
请参考图6所示，其为本发明中图1所示的三轴陀螺仪z轴检测时的示意图。当敏感到z轴角速率输入时，由于柯氏效应会产生柯氏力带动第一z质量块2e和第二z质量块2f沿y轴方向发生反向运动，第一z质量块2e和第二z质量块2f内部分别设置的z检测电极3e.1～3e.16和3e.17～3e.32敏感到距离发生变化，进而z检测电极3e.1～3e.16和3e.17～3e.32自身电容会随着改变，通过检测电容的变化可得到z轴角速率的大小。
综上所述，本发明所示的三轴陀螺仪，当上驱动框架1a和下驱动框架1b带动各质量块2a～2f发生运动时，各质量块2a～2f在敏感方向位移量可忽略，不会影响角速率信号检测。当敏感的不同方向角速率时，由于柯氏效应，相应的质量块发生运动，而不影响其他的质量块，从而使本发明设计的三轴陀螺仪可减小正交误差，提高检测精度。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改和变型。
1.一种三轴陀螺仪，其特征在于，其包括：
第一驱动框架，其能够沿x轴进行谐振运动；
第二驱动框架，其与第一驱动框架平行且间隔预定距离，其能够沿x轴进行与第一驱动框架反向的谐振运动；
连接于第一驱动框架和第二驱动框架之间的x/y陀螺结构；
连接于第一驱动框架和第二驱动框架之间且位于所述x/y陀螺结构一侧的z陀螺结构；
其中，所述x/y陀螺结构与所述z陀螺结构相互独立，所述x/y陀螺结构和z陀螺结构均是由所述第一驱动框架和第二驱动框架共同驱动。
2.根据权利要求1所述的三轴陀螺仪，其特征在于，其还包括：
第一驱动框架锚点；
第一驱动框架支撑梁，其连接于第一驱动框架锚点和第一驱动框架之间；
第二驱动框架锚点；
第二驱动框架支撑梁，其连接于第二驱动框架锚点和第二驱动框架之间；
设置于第一驱动框架内的第一驱动电极和第一驱动反馈电极；
设置于第二驱动框架内的第二驱动电极和第二驱动反馈电极；
通过在第一驱动电极上施加驱动电压驱动第一驱动框架沿x轴进行谐振运动；
通过在第二驱动电极上施加驱动电压驱动第二驱动框架沿x轴进行与第一驱动框架反向的谐振运动。
3.根据权利要求2所述的三轴陀螺仪，其特征在于，
第一驱动电极、第一驱动反馈电极、第二驱动电极和第二驱动反馈电极固定设置于基底上，第一驱动框架通过第一驱动框架支撑梁与第一驱动框架锚点连接，第一驱动框架和第一驱动框架支撑梁悬置于所述基底上方，第二驱动框架通过第二驱动框架支撑梁与第二驱动框架锚点连接，第二驱动框架和第二驱动框架支撑梁悬置于所述基底上方。
4.根据权利要求1所述的三轴陀螺仪，其特征在于，所述x/y陀螺结构包括：
第一x/y驱动耦合梁和第二x/y驱动耦合梁；
第一质量块、第二质量块、第三质量块和第四质量块，分别设置于所述x/y陀螺结构的中心点a的上下左右四个位置，第一质量块与第三质量块和第四质量块相邻设置，第二质量块与第三质量块和第四质量块相邻设置，第一质量块通过第一x/y驱动耦合梁与第一驱动框架相连，第二质量块通过第二x/y驱动耦合梁与第二驱动框架相连；
四个转向梁锚点和四个转向梁，其中每个转向梁与对应的一个转向梁锚点相连，相邻的两个质量块通过对应的一个转向梁相连；
其中，在第一驱动框架沿x轴进行谐振运动，第二驱动框架沿x轴进行与第一驱动框架反向的谐振运动时，第一驱动框架通过第一x/y驱动耦合梁带动第一质量块沿x轴进行谐振运动，第二驱动框架通过第二x/y驱动耦合梁带动第二质量块沿x轴进行与第一质量块反向的谐振运动，第一质量块和第二质量块通过相应的转向梁进而带动第三质量块沿y轴进行谐振运动，通过相应的转向梁进而带动第四质量块沿y轴进行与第三质量块反向的谐振运动，
x轴和y轴垂直并且定义了所述x/y陀螺结构所在的平面，z轴垂直于x轴和y轴所定义的平面。
5.根据权利要求4所述的三轴陀螺仪，其特征在于，所述x/y陀螺结构还包括：
位于所述x/y陀螺结构的中心点a的x/y中心耦合梁，
分别连接于对应的质量块内侧的四个连接梁，每个连接梁都连接至所述x/y中心耦合梁。
6.根据权利要求5所述的三轴陀螺仪，其特征在于，所述x/y陀螺结构还包括：
设置于第一质量块下方的第一y轴检测电极；
设置于第二质量块下方的第二y轴检测电极；
设置于第三质量块下方的第一x轴检测电极；
设置于第四质量块下方的第二x轴检测电极；
当感应到y轴角速度输入时，会使得第一质量块和第二质量块沿着z轴方向发生反向运动，第一y轴检测电极检测与第一质量块的距离变化，第二y轴检测电极检测与第二质量块的距离变化，第一y轴检测电极和第二y轴检测电极的电容一个增大，一个减小，两者差分得到y轴角速度引起的电容变化，进而得到输入的y轴角速率大小；同理，感应到x轴角速度输入时，导致第三质量块和第四质量块沿着z轴方向发生反向运动，第一x轴检测电极检测与第三质量块的距离变化，第二x轴检测电极检测与第四质量块的距离变化，第一x轴检测电极和第二x轴检测电极的电容一个增大，一个减小，两者差分得到x轴角速度引起的电容变化，进而得到输入的x轴角速率大小。
7.根据权利要求6所述的三轴陀螺仪，其特征在于，
所述四个转向梁分别位于由所述x/y陀螺结构中的四个质量块组成的图形的四个边角；
所述四个转向梁锚点分别位于由所述x/y陀螺结构的四个质量块组成的图形的四个边角，
所述x/y中心耦合梁为同心圆结构，其圆心为所述x/y陀螺结构的中心点a；
每个连接梁包括长度由外向内逐渐减小的多个中空直梁部以及将中空直梁连接的连接部。
8.根据权利要求7所述的三轴陀螺仪，其特征在于，
每个转向梁为由正方形去掉一个边角后形成的五边形，
每个所述五边形中，其一个边角与对应的一个所述转向梁块锚点相连，与该边角相邻的另外两个边角分别与所述x/y陀螺结构中对应的两个相邻的质量块相连，
所述x/y陀螺结构中的四个质量块包括矩形部和等腰梯形部，
所述四个质量块整体关于x轴和y轴对称；
所述四个转向梁整体关于x轴和y轴对称；
所述四个转向梁锚点整体关于x轴和y轴对称；
所述x/y陀螺结构的质量块上可设置一定数量的阻尼孔，用来减小阻尼，提高陀螺的品质因数以及灵敏度；
所述x轴检测电极、所述y轴检测电极、所述转向梁锚点固定设置于基底上，所述x/y陀螺结构的四个质量块、四个转向梁、x/y驱动耦合梁、中心耦合梁、四个连接梁悬置于所述基底上方。
9.根据权利要求1所述的三轴陀螺仪，其特征在于，所述z陀螺结构包括：
第一z驱动耦合梁和第二z驱动耦合梁；
第一z检测框架，其通过第一z驱动耦合梁与第一驱动框架连接，其内定义有第一z空间；
第一z质量块，其位于第一z空间内并通过第一z连接梁与第一z检测框架相连；
第二z检测框架，其通过第二z驱动耦合梁与第二驱动框架连接，其内定义有第二z空间；
第二z质量块，其位于第二z空间内并通过第二z连接梁与第二z检测框架相连；
其中，在第一驱动框架沿x轴进行谐振运动，第二驱动框架沿x轴进行与第一驱动框架反向的谐振运动时，第一驱动框架通过第一z驱动耦合梁、第一z检测框架、第一z连接梁带动第一z质量块沿x轴进行谐振运动，第二驱动框架通过第二z驱动耦合梁、第二z检测框架、第二z连接梁带动第二z质量块沿x轴进行与第一z质量块反向的谐振运动。
10.根据权利要求9所述的三轴陀螺仪，其特征在于，所述z陀螺结构还包括：
检测框架耦合梁锚点；
与所述检测框架耦合梁锚点连接的检测框架耦合梁，其连接于第一z检测框架和第二z检测框架之间；
z中心耦合梁锚点；
与z中心耦合梁锚点连接的z中心耦合梁，其位于所述z陀螺结构的中心点b处，连接于第一z检测框架和第二z检测框架之间；
所述检测框架耦合梁和所述z中心耦合梁设置的促使第一z检测框架和第二z检测框架沿x轴反向运动。
11.根据权利要求10所述的三轴陀螺仪，其特征在于，所述z陀螺结构还包括：
设置于第一z质量块内的第一z轴检测电极；
设置于第二z质量块内的第二z轴检测电极；
当感应到z轴角速度输入时，会使得第一z质量块和第二z质量块沿着y轴方向发生反向运动，第一z轴检测电极检测与第一z质量块的距离变化，第二z轴检测电极检测与第二z质量块的距离变化，第一z轴检测电极和第二z轴检测电极的电容一个增大，一个减小，两者差分得到z轴角速度引起的电容变化，进而得到输入的z轴角速率大小，
所述第一z质量块和第二z质量块上可设置有一定数量的阻尼孔，用于减小阻尼，提高z轴陀螺仪的灵敏度。
12.根据权利要求11所述的三轴陀螺仪，其特征在于，
第一z连接梁为四个，其中，两个第一z连接梁分部位于第一z质量块的顶部的左右两端，另外两个第一z连接梁分部位于第一z质量块的底部的左右两端；
第二z连接梁为四个，其中，两个第二z连接梁分部位于第二z质量块的顶部的左右两端，另外两个第二z连接梁分部位于第二z质量块的底部的左右两端；
所述检测框架耦合梁为两个，所述检测框架耦合梁锚点为两个，所述两个检测框架耦合梁左右对称分布，所述两个检测框架耦合梁分别与一个检测框架耦合梁锚点相连，所述两个检测框架耦合梁的一端分别与所述第一z检测框架的底部的左右两端相连；所述两个检测框架耦合梁的另一端分别与所述第二z检测框架的顶部的左右两端相连。
13.根据权利要求12所述的三轴陀螺仪，其特征在于，
所述两个检测框架耦合梁均为e字型结构，且两者的开口方向相对，
所述e字型结构包括并行排布的三个平行部，以及连接三个平行部的连接部，三个平行部分别称为上平行部，中平行部和下平行部，其中，所述检测框架耦合梁的上平行部与所述第一z检测框架的底部相连；所述检测框架耦合梁的中平行部与所述检测框架耦合梁锚点相连；所述检测框架耦合梁的下平行部与所述第二z检测框架的顶部相连。
14.根据权利要求11所述的三轴陀螺仪，其特征在于，
所述z中心耦合梁包括四个耦合弹性梁、四个耦合中间连接梁、四个耦合支撑梁、第一耦合端部连接梁和第二耦合端部连接梁，
所述第一耦合端部连接梁的一端与所述第一检测框架结构相连，另一端与一个所述耦合弹性梁的中部相连；所述第二耦合端部连接梁的一端与所述第二检测框架结构相连，另一端与另一个所述耦合弹性梁的中部相连；所述四个耦合弹性梁和四个耦合中间连接梁依次交替首尾相连，以形成一个闭环；每个所述耦合支撑梁的一端与所述z中心耦合梁锚点相连，另一端与对应的一个所述耦合中间连接梁的中部相连。
15.根据权利要求14所述的三轴陀螺仪，其特征在于，
所述耦合弹性梁为u型结构，且各个u型结构的开口方向背离所述z中心耦合梁锚点；
所述第一耦合端部连接梁与一个所述u型结构的底部相连；
所述第二耦合端部连接梁与另一个所述u型结构的底部相连；
每个所述耦合中间连接梁为l型结构，且l型结构的开口方向朝向所述z中心耦合梁锚点；
每个所述耦合支撑梁的一端与所述z中心耦合梁锚点相连，其另一端与l型结构的角点相连，以使得所述四个耦合支撑梁于闭环内形成对角线，
所述z轴检测电极、所述z中心耦合梁锚点、检测框架耦合梁锚点设置于基底上，所述z陀螺结构的第一z驱动耦合梁、第二z驱动耦合梁、第一z检测框架、第一z质量块、第二z检测框架、第二z质量块、检测框架耦合梁、z中心耦合梁悬置于所述基底上方。
技术总结