动质量130上的小运动能够被放大以获得在感测质量150a上的更大运动。针对减震器配置，如在图1B中所示，驱动感测电极106a-b连接到旋转检测质量150a是有必要的。该连接是必需的以允许旋转质量块150a在特定的机械振幅处围绕Z轴(驱动运动的主要组件)的旋转运动从而最大化陀螺仪10b的灵敏性。
[0031]在驱动质量130上的小运动对于面积优化是有益的。如果驱动质量130具有小的驱动运动，静电致动器间隙可以保持较小，这将导致面积节省。此外，小的驱动运动对于最小化弹簧软化、挤压膜阻尼和非线性效应是有益的。
[0032]为了更详细地解释陀螺仪10b的操作，现在参照图1C和图1D。图1C是陀螺仪10b的简单框图，参考号符合图1B的那些。令人期望的是在陀螺仪10b中驱动质量130比感测质量150a移动的少。通过调谐耦合弹簧kc (131)，130的运动的最小化被完成，这样使得比弹簧kd(105a/105b)和ks(115)更灵活至少一个数量级。
[0033]为了更详细地解析kc弹簧的调谐，传递函数Xd/Fd和Xs/Fd的波迪图在图1D中被示出，其中Xd是驱动质量130在第一方向中的移动，Xs是感测质量150a在第二方向中的移动并且Fd是由致动器109在驱动质量130上引起的力。在图1D中，顶部曲线图展示了振幅vs.频率信息，并且底部曲线图展示了相位vs.频率。
[0034]Xd/Fd传递函数具有两个峰值和一个零值。第一峰值代表驱动质量(md)在普通模式形状中的运动，并且第二峰值代表驱动质量(md)在差分模式形状中的运动。在实施例中，耦合弹簧kc的柔性是使得传递函数Xs/Fd在相关的特定频率范围处大于Xd/Fd。在图1D中作为示例，已经展示了特定区域的扩展。基于2-D0F机械系统动力学，如果kc弹簧与ks和kd相比是足够顺应的，第一峰值和零值之间的间距在Xd/Fd传递函数中被最小化。因此，第一峰值的振幅被衰减。从另一方面来说，由于2-D0F系统特性，Xs/Fd传递函数未受零值影响，并且它的振幅在相关的频率范围中保持恒定。其结果是，通过在Xd/Fd中将零值放置为接近于第一峰值，获得在驱动质量和感测质量之间的振幅差。
[0035]图2展示了根据本发明的单轴陀螺仪200的第三实施例。在本实施例中，感测系统160与图1A中示出的感测系统159a相比具有许多不同。感测系统160包括圆形检测质量150b，而不是在图1A中给出的矩形检测质量150a。此外，检测质量150b通过两个枢轴弹簧115a和115b以及锚定件141耦合到基板。驱动系统110与图1A中给出的实施例相似。与图1A和图1B中给出的单轴陀螺仪相似，单轴陀螺仪200通过附接到驱动质量130的静电致动器109被驱动。
[0036]当驱动质量130在Y方向中被驱动时，检测质量150b围绕Z轴旋转。检测质量150b的驱动运动的振幅取决于如之前解释的驱动质量130运动和耦合弹簧131刚度。检测质量150b的驱动运动的振幅由驱动感测电极106a和106b检测。
[0037]在基板101的平面中并且与X方向正交的Y方向中围绕滚动输入轴的角速度将导致科里奥利力在Z方向中的检测质量150b上起作用。科里奥利力导致检测质量150b围绕与X方向平行的滚动感测轴平面外旋转。检测质量150b的旋转的振幅与围绕滚动输入轴的角速度成比例。放置在检测质量150b下的基板101上的电容感测电极151a和151b用于检测围绕滚动感测轴的检测质量150b的旋转。此旋转提供了围绕滚动输入轴的角速度的测量。
[0038]图3展示了根据本发明的单轴陀螺仪300配置的第四实施例。陀螺仪配置300包括两个驱动系统IlOa和110b、两个親合弹簧131a和131b、旋转结构161和两个偏航检测质量系统180a和180b。驱动系统IlOa和IlOb与在图1A、图1B和图2中给出的驱动系统110相似。驱动系统110a-b都包括锚定件120a_b、驱动弹簧105a_b、驱动质量130a_b、驱动感测梳106a和106b以及静电致动器109a-b。偏航检测质量系统180a和180b都包括偏航检测质量170a_b、偏航感测弹簧171a_b和静电换能器522a_b。
[0039]旋转结构161通过弹簧115a_d耦合到锚定件141。旋转结构161通过耦合弹簧131a-b连接到驱动系统110a-b，并且最后旋转结构通过弹簧171a_d支持偏航检测质量系统180a-b。在单轴陀螺仪300的驱动运动中，静电致动器109a-b在Y方向中反相位驱动检测质量130a和130b。驱动质量130a_b的反相位运动导致旋转结构161围绕Z轴的旋转，这是由驱动感测梳106a和106b检测到的。作为旋转结构161的Z轴旋转的结果，由于偏航检测质量170a-b通过弹簧171a-d附接到旋转结构161，偏航检测质量170a_b在X方向中反相位平移。弹簧171a-d在X方向中非常有刚度，因此它们在驱动运动中不偏转。
[0040]当偏航检测质量在X方向中被驱动时，在与基板101垂直的Z方向中围绕偏航输入轴的角速度将导致科里奥利力在Y方向中作用在偏航检测质量170a-b上。科里奥利力导致检测质量170a-b在Y方向中反相位平移。检测质量的旋转的振幅与围绕偏航输入轴的角速度成比例。通过锚定件附接到基板101的电容性平面内感测电极522a和522b用于检测检测质量170a-b的Y方向平移。此平移提供了围绕偏航输入轴的角速度的测量。
[0041]在图3中，弹簧115a_d被配置的方式为使得旋转结构161的平面外旋转和平移被最小化。其结果是，单轴陀螺仪300不响应于围绕倾斜和滚动输入轴的科里奥利力。然而，针对不同的实施例，能够调整弹簧配置以检测归因于倾斜和滚动轴输入的科里奥利力。
[0042]通过使用在图1A中给出的相似的方法，驱动系统IlOa和IlOb从偏航检测质量170a和170b中被解耦。结果是，在图1A和图1B的解释中提到的将驱动系统从感测检测质量解耦的益处将相等地应用于单轴陀螺仪300。
[0043]图4展示了根据本发明的单轴陀螺仪400的第五实施例。在陀螺仪400中，导向质量系统401被布置在与基板101平行的X-Y平面中。导向质量系统401包括导向臂104a和104b，这些导向臂分别通过锚定点142a和142b通过弹簧108a和108b柔性地耦合到基板101。这两个导向臂104a和104b通过弹簧103a_d柔性地耦合到滚动检测质量200a_b。
[0044]滚动检测质量200a_b、导向臂104a和104b、锚定点142a_b和弹簧103a_d和108a_b形成平面的四连杆组。每个弹簧103a_d和108a_b在Z方向中围绕轴是平面内顺应的，这样使得每个导向臂104a和104b能够平面内旋转，同时检测质量200a-b在X方向中反相位平移。
[0045]弹簧108a和108b在X方向中围绕第一滚动感测轴是顺应的，从而导向臂104a和104b能够平面外旋转。弹簧103a-d在Z方向中是有刚度的，其中导向臂104a和104b的平面外旋转导致滚动检测质量200a-b平面外反相位移动。
[0046]驱动系统IlOa和IlOb与相对于图3描述的驱动系统110相似。驱动系统110a_b都包括锚定件120a-b、驱动弹簧105a-d、驱动质量130a_b、驱动感测梳106a和106b以及静电致动器109a-b，并且它们通过耦合弹簧131a和131b耦合到导向臂104a和104b。
[0047]导向质量系统401能够由耦合到致动器109a和109b的单个驱动电路在驱动频率处驱动。驱动频率可以是单轴陀螺仪400的共振频率。当驱动质量130a-b在Y方向中由致动器109a-b施加的静电力反相位驱动，导向臂104a和104b平面内旋转并且滚动检测质量200a-b在X方向中平面内反相位平移，这是由驱动感测梳106a和106b检测的。
[0048]在基板的平面中并且与X方向正交的Y方向中围绕滚动输入轴的角速度将导致科里奥利力在Z方向中的滚动检测质量200a-b上起作用。科里奥利力导致导向质量系统401平面外围绕与X方向平行的滚动感测轴旋转。当导向质量系统401平面外旋转时，导向臂104a和104b以及滚动检测质量200a-b围绕第一滚动感测轴平面外旋转。
[0049]导向质量系统401的旋转的振幅与围绕滚动输入轴的角速度成比例。在滚动检测质量200a-b下方的换能器201a-b用于检测导向质量系统401围绕滚动感测轴的旋转。此旋转提供了围绕滚动输入轴的角速度的测量。
[0050]图5展示了根据本发明的单轴陀螺仪500的第六实施例。在陀螺仪500中，导向质量系统501包括导向检测质量200a-b、导向臂104a和倾斜检测质量210。单轴陀螺仪进一步包括驱动系统110，该驱动系统与图1A中给出的驱动系统相似。驱动系统110通过耦合弹簧131耦合到导向质量系统501。导向臂104a通过锚定件142a经由弹簧108a连接到基板101。导向检测质量200a和200b分别通过弹簧103a和103c耦合到导向臂104a。此夕卜，导向检测质量200a-b通过锚定件143经由弹簧119a_b耦合到基板。
[0051]倾斜检测质量210分别通过