阅读说明：本技术 平衡多轴陀螺仪 (Balanced multi-axis gyroscope ) 是由 安斯·布卢姆奎斯特 维莱-佩卡·吕特克宁 于 2020-02-14 设计创作，主要内容包括：微机电陀螺仪包括围绕第一四个块的组的中心点定中心的第一四个基准质量块的组和围绕第二四个块的组的中心点定中心的第二四个基准质量块的组。陀螺仪包括悬架装置,该悬架装置构造成适应第一四个基准质量块的组和第二四个基准质量块的组的初级振荡运动和次级振荡运动。悬架装置包括第一同步框架和第二同步框架。每个同步框架包围相应的四个基准质量块的组,并且每个基准质量块通过一个或更多个框架悬架弹簧联接至周围的同步框架。陀螺仪还包括侧向同步弹簧,该侧向同步弹簧从第一四个基准质量块的组延伸至第二四个基准质量块的组。(The microelectromechanical gyroscope includes a first set of four reference masses centered about a center point of the first set of four masses and a second set of four reference masses centered about a center point of the second set of four masses. The gyroscope includes a suspension arrangement configured to accommodate primary and secondary oscillatory motions of the first and second sets of four reference masses. The suspension device includes a first synchronizing frame and a second synchronizing frame. Each synchronization frame encloses a respective set of four reference masses, and each reference mass is coupled to the surrounding synchronization frame by one or more frame suspension springs. The gyroscope also includes a lateral synchronization spring extending from the first set of four proof masses to the second set of four proof masses.)

平衡多轴陀螺仪

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的角旋转。

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高于测量频率范围的频率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振荡频率的外部振动，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的振荡频率下才实用，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，因为不存在对于干扰振动的谐振放大。

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振荡频率，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。

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。

本公开基于以下思想：从设备平面中的各个框架悬置两个相邻的基准质量块的组，并且将框架悬置，使得当陀螺仪绕着位于设备平面内的轴线进行角旋转时，框架可以转出设备平面。

附图说明

以下将参照附图通过优选实施方式更详细地描述本公开，在附图中:

图1解释了图2a至图2d、图3a至图3b以及图4a至图4b中使用的符号。

图2a至图2d示出了第一初级振荡模式和相应的次级振荡模式。

图3a至图3b示出了第二初级振荡模式和相应的次级振荡模式。

图4a至图4b示出了不期望的共同振荡模式。

图5a至图5b示出了具有同步框架的陀螺仪。

图6示出了替代性的同步框架。

图7示出了外围悬架装置。

图8示出了中央悬架装置。

图9示出了替代性的中央悬架装置。

图10示出了图8中的中央悬架结构的工作原理。

图11示出了图9中的中央悬架结构的工作原理。

图12a至图12b示出了具有两个四个基准质量块的组和两个四个检测质量块的组的陀螺仪。

图13a示出了外围悬架装置。

图13b示出了图13a中的元件在x轴次级振荡模式下的运动。

图13c示出了图13a中的元件在y轴次级振荡模式下的运动。

图14和图15示出了更详细的陀螺仪结构。

图16示出了详细的陀螺仪结构的另一示例。

具体实施方式

本公开内容描述了一种陀螺仪，该陀螺仪包括在其静止位置位于设备平面中的第一四个基准质量块的组和在其静止位置位于设备平面中的相邻的第二四个基准质量块的组。相应的第一四个块的组的中心点和相应的第二四个块的组的中心点位于设备平面中的侧向轴线上。

形成第一四个基准质量块的组的四个基准质量块在其静止位置围绕第一四个块的组的中心点对称地布置，其中，侧向轴线在设备平面中与第一横向轴线正交地相交。形成第二四个基准质量块的组的四个基准质量块在其静止位置围绕第二四个块的组的中心点对称地布置，其中，侧向轴线在设备平面中与第二横向轴线正交地相交。陀螺仪还包括第三横向轴线，该第三横向轴线在第一四个块的组的中心点与第二四个块的组的中心点之间的大致中点处穿过侧向轴线。

第一四个基准质量块的组和第二四个基准质量块的组中的第一基准质量块和第二基准质量块在其静止位置在侧向轴线上对准。第一四个基准质量块的组中的第三基准质量块和第四基准质量块在其静止位置在第一横向轴线上对准。第二四个基准质量块的组中的第三基准质量块和第四基准质量块在其静止位置在第二横向轴线上对准。在第一四个块的组和第二四个块的组两者中，第一基准质量块、第二基准质量块、第三基准质量块和第四基准质量块相对于相应的四个块的组的中心点的静止位置是相同的，使得两个四个基准质量块的组中的第三基准质量块都位于侧向轴线的第一侧上，而两个四个基准质量块的组中的第四基准质量块都位于侧向轴线的第二侧上。第一四个基准质量块的组中的第二基准质量块和第二四个基准质量块的组中的第一基准质量块在第三横向轴线的相反两侧上彼此相邻。

陀螺仪还包括位于第一四个块的组的中心点处的第一中央锚定点和位于第二四个块的组的中心点处的第二中央锚定点。陀螺仪还包括一个或更多个驱动换能器和一个或更多个感应换能器，所述一个或更多个驱动换能器用于将第一四个基准质量块的组和第二四个基准质量块的组设置成初级振荡运动，所述一个或更多个感应换能器用于检测在陀螺仪进行角旋转的情况下由科里奥利力引起的第一四个基准质量块的组和第二四个基准质量块的组的次级振荡运动。

陀螺仪还包括用于从中心锚定点悬置第一四个基准质量块的组和第二四个基准质量块的组的悬架装置。悬架装置被配置成适应第一四个基准质量块的组和第二四个基准质量块的组的初级振荡运动和次级振荡运动。

悬架装置包括第一中央悬架装置和第二中央悬架装置，该第一中央悬架装置在第一四个基准质量块的组内部围绕第一四个块的组的中心点定中心，该第二中央悬架装置在第二四个基准质量块的组内部围绕第二四个块的组的中心点定中心。每个中央悬架装置都弹性地促进每个基准质量块的径向振荡以及平面内和向平面外的切向振荡。

悬架装置还包括第一外围悬架装置和第二外围悬架装置，该第一外围悬架装置在第一四个基准质量块的组的外部围绕第一四个块的组的中心点定中心，该第二外围悬架装置在第二四个基准质量块的组的外部围绕第二四个块的组的中心点定中心。第一外围悬架装置包括第一同步框架，并且第二外围悬架装置包括第二同步框架。每个同步框架包围相应的四个基准质量块的组，并且每个基准质量块通过一个或更多个框架悬架弹簧联接到周围的同步框架。

陀螺仪还包括侧向同步弹簧，该侧向同步弹簧在侧向轴线上从第一四个基准质量块的组中的第二基准质量块延伸至第二四个基准质量块的组中的第一基准质量块。

在本公开中，设备平面被示出并且被称为xy平面。设备平面也可以被称为水平面。z轴垂直于xy平面。z轴也可以被称为竖向轴线。基准质量块在其移动离开其静止位置时在设备平面内保持水平的线性运动和/或旋转运动可以被称为“平面内”运动或“设备平面内的运动”，而基准质量块沿竖向方向移动离开其静止位置的线性运动和/或旋转运动可以被称为“平面外”运动或“向设备平面外的运动”。

在本公开的其余部分中，绕垂直于设备平面的任何轴线的旋转将被简单地称为绕z轴的旋转。类似地，绕平行于所示x轴的任何轴线的旋转将被称为绕x轴的旋转，绕平行于所示y轴的任何轴线的旋转将被称为绕y轴的旋转。

在本公开中，“径向”振荡是指在xy平面内远离中心点和朝向中心点的线性运动。“切线”振荡是指沿着以中心点为中心的假想圆的切线在xy平面、xz平面或yz平面内的运动。

平面内和向平面外的切向振荡在实践中可能是线性运动和旋转的混合。悬架装置将确定基准质量块如何切向移动。

在本公开的附图中，在第一四个基准质量块的组和第二四个基准质量块的组中的基准质量块的放置对应于其静止位置。使用图1中示出的符号来说明本公开的不同实施方式中的基准质量块的振荡方向以及振荡之间的相位关系。行11上所示的白色箭头示出了在设备平面内发生的初级振荡模式。行12上的黑色箭头示出了在陀螺仪绕z轴进行旋转时在设备平面内发生的次级模式。行13上所示的一对符号将始终一起用于说明陀螺仪绕x轴进行旋转时一对基准质量块的向平面外的运动。行14上所示的一对符号将始终一起用于说明陀螺仪绕y轴进行旋转时一对基准质量块的向平面外的运动。行15上所示的虚线符号将用于说明同相振荡模式，该同相振荡模式优选地被抑制，使得同相振荡模式的谐振频率变得明显高于行11至行14所示的所期望模式的谐振频率。

本公开中所描述的陀螺仪可以在第一初级振荡模式或第二初级振荡模式下操作。次级振荡模式由初级振荡模式确定。图2a示意性地示出了具有第一四个基准质量块的组和第二四个基准质量块的组的微机电陀螺仪和第一初级振荡模式。

陀螺仪包括第一四个基准质量块的组的第一基准质量块211、第一四个基准质量块的组的第二基准质量块212、第一四个基准质量块的组的第三基准质量块213和第一四个基准质量块的组的第四基准质量块214。陀螺仪还包括第二四个基准质量块的组的第一基准质量块221、第二四个基准质量块的组的第二基准质量块222、第二四个基准质量块的组的第三基准质量块223和第二四个基准质量块的组的第四基准质量块224。

第一四个块的组的中心点是侧向轴线28与第一横向轴线291相交的点。第二四个块的组的中心点是侧向轴线28与第二横向轴线292相交的点。如图2a所示，第三横向轴线293与侧向轴线28在第一四个基准质量块的组的第二基准质量块212与第二四个基准质量块的组的第一基准质量块221之间相交。

可以通过允许振荡运动的弹性悬架弹簧(图2a中未示出)将所有基准质量块从固定支撑件上悬置。陀螺仪还可以包括电容式或压电式致动器(图2a中未示出)和控制单元，该控制单元被配置为向致动器施加一个或更多个驱动电压信号。控制单元由此可以驱动基准质量块的初级振荡。当陀螺仪绕x轴、y轴或z轴进行旋转时，科里奥利力将至少一些基准质量块设置成次级振荡。

陀螺仪还可以包括使基准质量块的运动同步的联接弹簧，从而获得将在下面更详细地描述的期望的振荡相位。一些基准质量块可能未直接连接至致动器。相反，这些基准质量块的初级振荡可以通过联接弹簧间接地致动，该联接弹簧将一个基准质量块的运动传递给未直接连接至致动器的基准质量块。

悬架弹簧可以包括形成在四个块的组的中心点附近的中央悬架装置和支撑基准质量块的重量和/或更靠近陀螺仪的外围的外围同步结构的重量的外围悬架装置。

第一初级振荡模式包括每个基准质量块相对于相应的四个块的组的中心点在径向方向上振荡的运动。如图2a中所示，驱动两个四个基准质量块的组的第一初级振荡模式，使得第一四个基准质量块的组中的每个基准质量块的运动(或者换句话说，相位)的方向与第二四个基准质量块的组中的相应基准质量块的运动(相位)的方向相反。换句话说，在所示的振荡的半个周期中，随着第二四个基准质量块的组的第一基准质量块221朝向第二四个块的组的中心点移动，第一四个基准质量块的组的第一基准质量块211远离第一四个块的组的中心点移动。在下一相位中，这两个基准质量块将沿相反的方向运动。相同的考虑适用于四个基准质量块的组中的每对相应的基准质量块：212+222、213+223和214+224。因此，第一初级振荡模式使第一四个基准质量块的组和第二四个基准质量块的组相对于彼此反相移动。如下所述，该反相初级振荡产生相应的反相次级振荡模式。在该振荡模式下，基准质量块212和221沿x轴的运动可以与侧向同步弹簧255同步。下面将描述其他同步方式。

第一四个基准质量块的组和第二四个基准质量块的组的次级振荡模式包括第一z轴次级模式、x轴次级模式和/或y轴次级模式。

响应于陀螺仪绕z轴的旋转，第一z轴次级模式包括每个四个基准质量块的组中的每个基准质量块相对于相应的四个块的组的中心点在设备平面内切向振荡的运动。响应于陀螺仪绕平行于侧向轴线的x轴的旋转，x轴次级模式包括由第三基准质量块和第四基准质量块形成的每个基准质量块对相对于相应的侧向轴线切向振荡出设备平面的运动。并且响应于陀螺仪绕平行于第一横向轴线和第二横向轴线的y轴的旋转，y轴次级模式包括由第一基准质量块和第二基准质量块形成的每个基准质量块对相对于相应的横向轴线切向振荡出设备平面的运动。

图2b示出了当第一初级振荡模式有效时的相应的次级振荡模式。响应于陀螺仪绕z轴的旋转，科里奥利力将使所有基准质量块切向振荡。然后，第一初级振荡模式引起相应的次级振荡模式，在该次级振荡模式中，基准质量块对中的每个基准质量块相对于该基准质量块对中的另一基准质量块反相振荡。在这种情况下，反相是指当基准质量块对中的一个基准质量块沿第一侧向方向或第一横向方向移动时，另一基准质量块沿相反的侧向或横向方向移动，并且两者都相对于其相应的四个块的组的中心点沿相同的切线方向(顺时针或逆时针)移动。在每个四个基准质量块的组中，一对基准质量块(例如211+212)与该四个块的组中的另一对(213+214)反相振荡。四个基准质量块的组内的反相振荡意味着：如果一对基准质量块在半个周期内沿顺时针切向移动，则另一对基准质量块逆时针移动。

最后，第一四个基准质量块的组的第一基准质量块211和第二四个基准质量块的组的第一基准质量块221相对于其相应的四个块的组的中心点沿相反的切线方向(顺时针或逆时针)移动，如图2b中所示。对于两个四个基准质量块的组中的所有对应基准质量块对212+222、213+223和214+224而言，也会实现相同的情况。

电容式或压电式测量换能器可以用于确定第一z轴次级振荡模式下的向平面内振荡幅度。来自附接至每个基准质量块的类似换能器的电信号的差分测量可以用于消除误差和串扰。在下面的差分信号处理的示例中，假定了四个块的组内的基准质量块换能器的几何形状的旋转对称性(基准质量块换能器系统被复制、移动和旋转)，并且来自换能器的电信号由相应的基准质量块的符号表示。在一个四个块的组内，同相的信号可以相加：211+212和213+214，并且由于这两组信号处于反相状态，因此可以取两者的差值：211+212-213-214。由于两个四个块的组处于反相状态，因此可以取相应表达式的差值，从而最终导出总信号211+212-213-214-221-222+223+224。必须注意的是，对于每个基准质量块，可以容易地添加具有相反电极性的第二换能器。这允许将差分补偿提高一个额外的水平。还可以将具有相反电极性的单个换能器用于任何基准质量块，那样必须相应地更改表达式中信号的符号。

响应于陀螺仪绕x轴的旋转，科里奥利力将使由每个四个基准质量块的组中的第三基准质量块和第四基准质量块形成的基准质量块对(213+214和223+224)切向振荡出设备平面，如图2b中象征性所示。这些基准质量块对可以通过中央和/或外围悬架和联接弹簧彼此连结。为了清楚起见，这些弹簧未在图2b中示出，但将在下面进行讨论。同样地，由于反相的初级振荡，基准质量块对213+214和223+224将绕侧向轴线28反相振荡。

响应于陀螺仪绕y轴的旋转，科里奥利力将使由每个四个基准质量块的组中的第一基准质量块和第二基准质量块形成的基准质量块对(211+212和221+222)切向振荡出设备平面，如图2b中象征性所示。同样，这些基准质量块对可以通过中央和/或外围悬架和联接弹簧彼此连结，为了清楚起见，它们在图2b中未示出。如前所述，由于反相的初级振荡，基准质量块对211+212和221+222将绕各自的横向轴线反相振荡。如果侧向同步弹簧255在竖向方向上是刚性的，则将基准质量块212连接至基准质量块221的侧向同步弹簧255可以使这些质量块在y轴次级振荡模式下的振荡同步。

电容式或压电式测量换能器可以用于确定x轴和y轴次级振荡模式下的向平面外振荡幅度。来自附接至每个基准质量块的类似换能器的电信号的差分测量可以用于消除误差和串扰。在下面的差分信号处理的示例中，来自换能器的电信号由相应的基准质量块的符号表示。在一个四个块的组内，反相信号可以相减：211-212和221-222。由于两个四个块的组是反相的，因此可以取相应表达式的差值，从而最终导出总信号211-212-221+222，以用于检测由y轴旋转产生的信号。对于x轴而言，可以形成类似的表达式：213-214-223+224。必须注意的是，对于每个基准质量块，可以添加具有相反电极性的第二换能器。这允许将差分补偿提高一个额外的水平。还可以将具有相反电极性的单个换能器用于任何基准质量块，然后必须相应更改表达式中的信号的符号。

图2c示出了作为线性运动和旋转的混合的平面内切向振荡。图2d示出了作为线性运动和旋转的混合的向平面外的振荡。悬架装置将决定哪个分量——线性运动或旋转——处于主导地位。除了纯线性的径向振荡以外，这些对于切向振荡和向平面外的振荡的考虑适用于本公开中讨论的所有振荡模式。

可以在图2c中的第一四个基准质量块的组和第二四个基准质量块的组中的一个或更多个基准质量块中的开口内提供电容式感应换能器，或邻近于第一四个基准质量块的组和第二四个基准质量块的组中的一个或更多个基准质量块提供电容式感应换能器，以检测z轴次级振荡模式。图16示出了这些选项中的一些选项。可以在图2d中的第一四个基准质量块的组和第二四个基准质量块的组中的一个或更多个基准质量块的上方和/或下方提供电容式感应换能器，以检测x轴和/或y轴的次级振荡模式。

图3a和3b分别示出了第二初级振荡模式和随后的次级振荡模式。附图标记311-314、321-324、355、38和391-393分别对应于图2a中的附图标记211-214、221至224、255、28和291-293，但是四个基准质量块的组以不同的方式移动。

像第一初级振荡模式一样，第二初级振荡模式包括每个基准质量块相对于相应的四个块的组的中心点在径向方向上振荡的运动。此外，像第一初级振荡模式一样，第二初级振荡模式被驱动成使得第一四个基准质量块的组中的每个基准质量块的运动(或者换句话说，相位)方向与第二四个基准质量块的组中的相应的基准质量块的运动(相位)方向相反。连接基准质量块312和321的侧向同步弹簧355可以在第二初级振荡模式下执行与第一初级振荡模式下相同的同步动作，并且其同步动作在y轴次级振荡模式下也可以是相同的。

然而，第二初级振荡模式与第一初级振荡模式的不同之处在于，一个四个基准质量块的组中的所有基准质量块同时向内移向四个块的组的中心点，然后同时远离该四个块的组的中心点。在图3a中所示的半个振荡周期中，随着第二四个基准质量块的组的基准质量块321-324朝向第二四个块的组的中心点移动时，第一四个基准质量块的组的基准质量块311-314远离第一四个块的组的中心点移动。在接下来的半个周期中，每个四个块的组将沿相反的方向运动。因此，第二初级振荡模式使第一四个基准质量块的组和第二四个基准质量块的组相对于彼此反相移动。该反相初级振荡还产生相应的反相次级振荡模式。

当陀螺仪被驱动成在第二初级振荡模式下振荡时，第一四个基准质量块的组和第二四个基准质量块的组的次级振动模式包括第二z轴次级模式以及x轴和y轴次级模式，该第二z轴次级模式不同于上述第一z轴次级模式，该x轴和y轴次级模式与上面在讨论第一初级振荡模式时所描述的x轴和y轴次级模式相同。为了避免重复，下面将仅描述第二z轴次级模式。

图3b示出了第二z轴次级振荡模式，当第二初级振荡模式激活时将产生科里奥利力。响应于陀螺仪绕z轴的旋转，科里奥利力将使所有基准质量块切向振荡。在所示的半个振荡周期的情况下，第一四个基准质量块的组中的所有基准质量块相对于第一四个块的组的中心点顺时针移动，而第二四个基准质量块的组中的所有基准质量块相对于第二四个块的组的中心点逆时针移动。在接下来的半个周期中，这些方向是相反的。

如图3b中所示，x轴和y轴次级振荡模式表现出与图2b中所示的x轴和y轴次级振荡模式的反相关系相同的反相关系。用于检测x轴和y轴次级模式的差分测量装置可以对应于以上参照图2b所描述的差分测量装置。必须调节以上参照图2b所述的z轴差分测量装置，以计算在第二z轴次级振荡模式下的差值，但是总体的测量原理是相同的。图3b中所示的切向振荡可以是线性运动和旋转的组合，如图2c和图2d中所示。

图4a示出了三种不期望的次级振荡模式，其中，悬架装置应当优选地抵抗，使得这些模式的谐振频率高于图2a至图2d和图3a至图3b中所示的期望模式的谐振频率。附图标记411-414、421-424、48和491-493分别对应于图2a中的附图标记211-214、221-224、28和291-293以及图3a中的附图标记311-314、321-324、38和391-393。在z轴共同模式下，四个基准质量块的组中的所有基准质量块同时沿相同的切线方向振荡。在x轴共同模式下，基准质量块对213+214和223+224绕侧向轴线沿相同方向振荡。在y轴共同模式下，基准质量块对211+212和221+222绕其各自的横向轴线沿相同方向振荡。在图4b中示出了另一种不期望的z轴共同模式。

贯穿本公开，术语“适应”和“促进”以及诸如“结构A适应/促进振荡模式X”之类的短语具有以下含义。X表示图2a至图2d或图3a至图3b中所示的期望的初级或次级振荡模式。结构A在模式X所要求的运动中表现出的劲度系数足够小，以使得允许以足够的精度检测从所有次级振荡模式测量的输出信号。所需的劲度系数不仅取决于A和X，还取决于感应换能器、输出信号调节器以及是否使用可选的附加元件来促进更容易的检测(例如，参见下面的图12a)。

贯穿本公开，术语“同步”和诸如“结构A使振荡模式X同步”之类的短语具有以下含义。结构A在相互连接的质量块元件的系统中构成机械连接，该质量块元件的系统应当优选地以期望的模式X振荡，但优选地不以不期望的模式Y振荡。结构A表现出刚性和弹性的有益组合，使得结构A的存在改善了系统中模式X的谐振频率F_X与模式Y的谐振频率F_Y之间的关系。

结构A的存在可能会例如增加比率FY/FX和/或差值FY-FX。在某些情况下，针对此改进进行测量的参考状态可能是不具有结构A的相同的质量元件系统。在这种情况下，仅需要结构A来进行同步。在其他情况下，当还需要结构A来支撑质量元件的重量时，针对同步性改进进行测量的参考状态可能是相同的质量元素系统，其中，A已被替代性的标准结构B取代，该结构B仅提供结构性支撑。

总的来说，所有悬架装置都经过优化，以用于实现支撑性以及在某些方向上具有弹性并且在其他方向上具有刚性。这三个变量可能彼此冲突，因此优化意味着找到良好的折衷解决方案。陀螺仪的所有元件都可能影响这些折衷。

图5a和图5b示出了具有悬架装置的陀螺仪，该悬架装置适应并同步前述附图中所示的初级振荡模式和次级振荡模式。

陀螺仪包括第一四个基准质量块的组511-514和第二四个基准质量块的组521-524。第一侧向轴线58沿x方向延伸穿过陀螺仪。第一横向轴线591在第一四个块的组的中心点处与侧向轴线58正交地相交。第二横向轴线592在第二四个块的组的中心点处与侧向轴线58正交地相交。第一四个基准质量块的组中的第二基准质量块512与第二四个基准质量块的组中的第一基准质量块521相邻。这些质量块位于第三横向轴线593的相反两侧上。

陀螺仪包括第一中央锚定点531和第二中央锚定点532。陀螺仪还包括围绕每个中央锚定点定中心的中央悬架装置。中央悬架装置位于四个基准质量块的组的内部。一个中央悬架弹簧541从中央锚定点531和532延伸到周围的基准质量块中的每个基准质量块。中央悬架弹簧在内侧承受基准质量块的重量。例如，中央悬架弹簧可以具有曲折的形状，这给予了中央悬架弹簧平面内的径向和切向弹性以及向平面外的切向弹性。中央悬架弹簧因此适应图2a和图3a中所示的第一初级模式和第二初级模式以及图2b和图3b中所示的z轴次级模式。

侧向同步弹簧555沿着侧向轴线从第一四个基准质量块的组中的第二基准质量块512延伸到第二四个基准质量块的组中的第一基准质量块521。该弹簧应当优选地在侧向方向上是刚性的，以便以图2a和图3a中所示的方式使在初级振动中的第一四个基准质量块的组和第二四个基准质量块的组的反相运动同步。该弹簧在竖向方向上也应当是刚性的，以使在图2b和图3b中所示的y轴次级模式下的基准质量块512和521的向平面外的运动同步。然而，侧向同步弹簧555对于横向弯曲仍然可以表现出一定的弹性，以适应图2c中所示的z轴次级模式，其中，基准质量块212和221沿相同方向移动但也可以沿相反的方向稍稍旋转。

此外，如果侧向同步弹簧的横向弹性足够高，则可以有效地使第一四个基准质量块的组和第二四个基准质量块的组的z轴次级振荡模式解耦。这可以允许第一基准质量块和第二四个基准质量块的组作为独立的谐振器振荡，这可以在z轴测量精度方面提供明显的益处。例如，如果用于横向弯曲的侧向同步弹簧555的劲度系数比用于切向振荡的框架悬架弹簧5441和5442的组合劲度系数小10倍或更多倍，则可以实现足够独立的谐振器。

外围悬架装置围绕每个四个基准质量块的组。该装置包括围绕第一四个基准质量块的组的第一同步框架561和围绕第二四个基准质量块的组的第二同步框架562。每个基准质量块通过框架悬架弹簧联接至周围的同步框架，使得同步框架561和562分别经由基准质量块从中央锚定点531和532悬置。

框架悬架弹簧的数量可以大于四个，使得四个基准质量块的组中的一些或所有基准质量块通过大于一个的框架悬架弹簧从同步框架561-562悬置。图5a示出了框架悬架弹簧，该框架悬架弹簧既适合于图2a中所示的第一驱动振荡模式又适合于图3a中所示的第二驱动振荡模式。四个基准质量块的组中的每个基准质量块通过两个框架悬架弹簧附接至相应的同步框架、比如在基准质量块514的情况下，两个框架悬架弹簧为5441和5442。

每个框架悬架弹簧5441和5442从同步框架561上的第一附接点延伸到相邻基准质量块514上的第二附接点。框架悬架弹簧5441和5442包括侧向长形部分和横向长形部分两者，该侧向长形部分和横向长形部分给予弹簧径向弹性和切向弹性两者。平行于同步框架的相邻侧面的长形部分可以比正交于该侧面的部分长，这是因为径向初级振荡模式的幅度通常明显大于切向次级振荡模式的幅度。可以利用在本公开中提出的任何其他中央或外围悬架装置来提供图5a中所示的框架悬架弹簧。

图5b示出了适合于第二初级振荡模式的替代性的框架悬架弹簧实施方式。每个基准质量块仅通过一个框架悬架弹簧、比如在基准质量块514的情况下的框架悬架弹簧542附接至相应的同步框架。框架悬架弹簧542从相应的框架上的第一附接点延伸到相应的框架上的第二附接点，并且该框架悬架弹簧的中间部分附接至相应基准质量块的中间部分。框架悬架弹簧542在外侧承载每个基准质量块的重量，并且框架悬架弹簧542对于基准质量块的平面内径向振荡是弹性的，从而适应图3a中所示的第二初级振荡模式。

此外，即使框架悬架弹簧542在平面内切向方向上缺乏弹性，图5b中所示的外围悬架装置仍然适应并同步图3b中所示的z轴次级振荡模式。当质量块在图3a中所示的振荡模式下被驱动成初级振荡时，质量块将全部在z轴次级模式下沿相同的平面内切线方向同时移动，如图3b中所示。通过使同步框架561和562绕分别穿过中央锚定点531和532的z轴顺时针和逆时针转动，可以适应和同步该运动。

如图5a和图5b中所示，第一同步框架和第二同步框架可以包括侧向轴线上的狭窄的间隙，侧向同步弹簧555可以穿过该间隙。

替代性地，侧向同步弹簧555可以在竖向上与同步框架561和562以及横向悬架弹簧575分开。在这种情况下，同步框架561和562可以是侧向轴线上没有任何间隙的整体框架。

当陀螺仪绕x轴和/或y轴进行角旋转时，同步框架561和562可以分别绕侧向轴线58以及第一横向轴线591和第二横向轴线592进行旋转运动。因此，在每个四个基准质量块的组内，x轴和y轴的次级振荡模式是同步的，因为基准质量块对(例如511+512)的向平面外的运动始终涉及沿相反方向的运动(例如，当512沿负z方向移动时，511沿正z方向移动，并且反之亦然)。与基准质量块和同步框架的尺寸相比，次级振荡模式的幅度较小。

在本公开中呈现的任何实施方式中，可以例如在形成在第一四个基准质量块的组和第二四个基准质量块的组的基准质量块内的开口中提供电容式驱动换能器。替代性地，驱动换能器可以是压电式换能器。电容式驱动换能器如图16中所示。

图6示出了替代性的同步框架。附图标记611-614、621-624、631-632、68和691-693分别对应于在图5a中的附图标记511-514、521-524、531-532、58和591-593。除了外围悬架装置之外，图6中所示的陀螺仪的其他元件也对应于图5a中的元件。

在图6中，每个同步框架包括串联连接的四个大致L形框架元件。每个L形框架元件的端部通过铰链连接元件连接至相邻的L形框架元件的端部。每个铰链连接元件允许连接到其上的L形框架元件绕与所述框架元件拐角相交的竖向轴线沿相反方向旋转。

围绕第一四个基准质量块的组的第一同步框架现在包括四个L形框架元件641-644。围绕第二四个基准质量块的组的第二同步框架包括四个L型框架元件651-654。框架元件与铰链连接元件671互连。

每个L形框架元件具有框架元件拐角，在该框架元件拐角处，框架元件的两个腿部以大致正交的角度相交。L形框架元件也可以被称为拐角元件，并且L形框架元件可以在其静止位置形成矩形。该矩形可以是正方形。

在其静止位置，四个L形框架元件641-644和651-654形成围绕每个四个基准质量块的组的正方形框架。但是图6示出了初级振荡阶段，在该阶段中，基准质量块对611+612和623+624已径向靠近其各自的四个块的组的中心点移动，而基准质量块对613+614和621+622已径向远离其各自的四个块的组的中心点移动。同步框架可以通过绕竖向轴线旋转来弹性地适应这种振荡，如图6中所示。

铰链连接元件671可以构造成弹性地适应所连接的L形框架元件绕竖向轴线的相互旋转。铰链连接件671仍可以刚性地抵抗所连接的框架元件绕设备平面内的任何轴线的相互旋转，并且还刚性地抵抗框架元件相对于彼此的线性平移。因此，所有L形框架元件都保持在同一平面内，并且仅以与图5中的整体同步框架561和562相同的方式进行向平面外的振荡。

如图5中所示，第一同步框架和第二同步框架可以再次包括中央间隙，在该间隙中，侧向弹簧652可以在基准质量块612和621之间延伸。替代性地，如果侧向弹簧位于不同的竖向高度，则L形框架元件642和644也可以通过铰链连接元件连接，并且对于元件651和653也是一样的。在某些情况下，也可以将铰链连接元件集成到侧向弹簧652上，使得在陀螺仪的中心处示出的所有部件可以处于同一竖向平面内，同时仍允许第一同步框架和第二同步框架以上述方式弹性地适应第一初级振荡模式。

当铰链元件具有足够的竖向厚度以将所有L形框架元件保持在同一平面内时，同步框架641+642+643+644和651+652+653+654可以在陀螺仪绕着x轴和/或y轴进行角旋转时分别绕侧向轴线68以及第一横向轴线691和第二横向轴线692进行旋转运动。因此，它们可以以与以上讨论的框架561和562相同的方式同步x轴和y轴次级振荡模式。

图6中所示的同步框架可以与本公开中提出的任何其他中央或外围悬架装置组合来实现，但是这些同步框架可以仅在四个基准质量块的组被驱动成图2a中所示的第一初级振荡模式时使用，而不在四个块的组被驱动成如图3a中所示的第二初级振荡模式时使用。

图7示出了外围悬架装置，该外围悬架装置为同步框架和陀螺仪的外围附近的基准质量块的重量提供了支撑。附图标记711-714、721-724、731-732、761-762、78和791-793分别对应于在图5a和5b中的附图标记511-514、521-524、531-532、561-562、58和591-593。

陀螺仪包括在侧向轴线78上的第一侧向锚定点733和第二侧向锚定点734，使得第一侧向锚定点733与第一四个基准质量块的组中的第一基准质量块711相邻，并且第二侧向锚定点734与第二四个基准质量块的组中的第二基准质量块722相邻，并且陀螺仪还包括第一横向锚定点735和第二横向锚定点736，该第一横向锚定点735在侧向轴线78的第一侧(图7中的上侧)上位于第三横向轴线793上，该第二横向锚定点736在侧向轴线78的第二侧(图7中的下侧)上位于第三横向轴线736上。

第一外围悬架装置还包括至少两个横向外围悬架弹簧773，所述至少两个横向外围悬架弹簧773在其静止位置从第一侧向锚定点733沿相反的横向方向延伸至第一同步框架761上的相应附接点，并且第二外围悬架装置还包括至少两个横向外围悬架弹簧774，所述至少两个横向外围悬架弹簧774在其静止位置从第二侧向锚定点734沿相反的横向方向延伸至第二同步框架762上的相应附接点。

陀螺仪还包括一个或更多个第一横向中央悬架弹簧775和一个或更多个第二横向中央悬架弹簧776，所述一个或更多个第一横向中央悬架弹簧775在其静止位置从第一横向锚定点735沿第三横向轴线793延伸至第一同步框架761和第二同步框架762上的附接点，所述一个或更多个第二横向中央悬架弹簧776在其静止位置从第二横向锚定点736沿第三横向轴线793延伸至第一同步框架761和第二同步框架762上的附接点。每个横向外围悬架弹簧和中央悬架弹簧773-776的第一端部通过对侧向扭转具有弹性的附接元件附接至相应的锚定点，并且每个横向悬架弹簧773-776的第二端部通过对侧向扭转具有弹性的附接元件附接至相应的同步框架上的附接点。

附接杆751可以位于每个附接点处。第一横向中央悬架弹簧775和第二横向中央悬架弹簧776可以附接至靠近侧向轴线的第一同步框架761和第二同步框架762，如图7中所示。

每个横向悬架弹簧——无论是外围的还是中央的——都通过扭转弹性元件、比如图7中所示的附接杆751和753附接至其锚定点和同步框架。因此，这些悬架弹簧支撑同步框架761和762的重量，并允许同步框架761和762移出设备平面。当两个横向外围悬架弹簧773的远端端部(未附接至锚定点的端部)沿相同的向平面外的方向移动时，它们允许同步框架761绕第一横向轴线791倾斜。当横向外围悬架弹簧773的远端端部沿相反的向平面外的方向移动时，它们允许同步框架761绕着侧向轴线78倾斜。这同样适用于另一对横向外围悬架弹簧774和同步框架762。

横向中央悬架弹簧在中间支撑同步框架761和762的重量。横向中央悬架弹簧不影响同步框架761和762绕侧向轴线78的倾斜，但是横向中央悬架弹簧分别使同步框架761和762绕第一横向轴线791和第二横向轴线792的倾斜同步。因此，第一同步框架761和第二同步框架762的中央边缘总是沿相同的向平面外的方向移动。

图7所示的实施方式可以与本公开中所示的任何其他实施方式结合实现。该实施方式实现成既可以用于第一初级振荡模式，也可以用于第二初级振荡模式。

图8示出了替代性的中央悬架装置，该中央悬架装置使每个四个基准质量块的组的径向运动同步。附图标记811-814、821-824、88和891-893分别对应于在图5a中的附图标记511-514、521-524、58和591-593。除了中央悬架装置之外，图8中所示的陀螺仪的其他元件也对应于图5a中的元件。

在图8中，每个中央悬架装置包括万向节结构，该万向节结构包括内部万向节框架和同心外部万向节框架。万向节结构还包括扭杆，该扭杆促进万向节绕侧向轴线和相应的横向轴线的旋转。

在图8中所示的万向节结构中，两个内部扭杆841从中央锚定点沿相反的方向延伸至内部万向节框架851，并且两个外部扭杆842从内部万向节框架851沿相反的方向延伸至外部万向节框架852，使得外部扭杆沿垂直于内部扭杆的方向的方向延伸。这些垂直方向可以是侧向/横向的，或是如图8所示的对角线。

在图8中，内部万向节框架851是圆形的，外部万向节框架852是圆形的，并且相应的四个基准质量块的组中的每个基准质量块通过附接部85附接至外部万向节框架852。

图9示出了用于使每个四个基准质量块的组的径向运动同步的替代性的中央悬架装置。附图标记911-914、921-924、98和991-993再次分别对应于图5a中的附图标记511-514、521-524、58和591-593。除了中央悬架装置之外，图8所示的陀螺仪的其他元件也对应于图5a中的元件。

在图9中，每个中央悬架装置包括万向节结构。内部万向节框架是矩形的并且外部万向节框架是矩形的。中央悬架装置还包括串联连接的四个大致L形框架元件，所述四个大致L形框架元件包围外部万向节框架。每个L形框架元件的端部通过铰链连接元件连接至相邻的L形框架元件的端部。每个铰链连接元件允许连接到其上的L形框架元件绕与所述铰链连接元件相交的竖向轴线沿相反方向旋转。中央悬架装置还包括至少四个连接杆。每个连接杆从外部万向节框架延伸至相邻的L形框架元件或相邻的铰链连接元件。相应的四个基准质量块的组中的每个基准质量块均通过附接部附接至相邻的铰链连接元件。

为了清楚起见，内部万向节框架和外部万向节框架在图9中未编号。内部扭杆和外部扭杆可以分别侧向和横向布置，如图9中所示。L形框架元件971-974在以第二中央锚定点为中心的中央悬架装置中已编号。铰链连接元件已被简单地示出为杆状，但是铰链连接元件可以具有与图6中的铰链连接元件671相同的结构。L形框架元件也可以被称为拐角元件，并且L形框架元件可以在其静止位置形成矩形形状，该矩形形状可以是正方形。

图9中的铰链连接元件的功能可以与图6中的铰链连接元件671的功能相同。换句话说，每个铰链连接元件将两个相邻的L形框架元件连结在一起并允许它们绕与框架元件拐角相交的竖向轴线相对于彼此转动。下面将参照图11更详细地讨论L形框架元件的转动。

从外部万向节框架向外延伸的连接杆961在以第一中央锚定点为中心的中央悬架装置中编号。这些连接杆定尺寸成使得它们将外部万向节框架的转动刚性地传递到L形框架元件。因此，即使四个基准质量块的组以及内部悬架装置和外部悬架装置旋转出xy平面，L形框架元件和外部万向节框架仍然基本上保持在同一平面内。但是，仍可能会出现与该平面度的微小偏差，因为在某些情况下，优选地将连接杆961或L形框架元件971-974或铰链连接元件定尺寸成呈狭窄形状，以至于它们表现出一点向平面外的弹性和弯曲性。

如图9所示，一个连接杆961可以从外部万向节框架的每个拐角延伸至相邻的L形框架元件的拐角。替代性地，一个连接杆可以从外部万向节框架延伸至每个铰链连接元件，例如，使得两个连接杆在外部万向节框架的相反两侧上的侧向轴线上对准，并且两个连接杆在外部万向节框架的相反两侧上的相应横向轴线上对准(尚未示出该替代方案)。每个基准质量块可以通过附接部952附接至相邻的铰链连接元件。

图10示出了图8中所示的万向节结构的工作原理。图10的顶部所示的万向节结构包括内部万向节框架1051和外部万向节框架1052、中央锚定点与内部万向节框架1051之间的内部扭杆1041和内部万向节框架与外部万向节框架之间的外部扭杆1042。

在四个块的组中的第一基准质量块和第二基准质量块已经在侧向轴线108上远离彼此移动并且第三基准质量块和第四基准质量块已经在横向轴线109上朝向彼此移动的振荡阶段中，万向节框架1051和1052可以呈适应该移动的椭圆形，如图10的中间部分所示。在四个块的组中的第一基准质量块和第二基准质量块已经在侧向轴线108上朝向彼此移动并且第三基准质量块和第四基准质量块在横向轴线109上远离彼此移动的阶段，内部万向节框架和外部万向节框架也可以通过呈椭圆形来适应该运动，如图10的底部部分所示。

在图2b和图2c中所示的第一z轴次级振荡模式下，所有基准质量块在xy平面内切向振荡。内部万向节框架1051和外部万向节框架1052可以沿对角轴线1081/1082呈椭圆形以适应该运动。

内部万向节框架和外部万向节框架在椭圆形与圆形之间的振荡还使附接的四个基准质量块的组的振荡同步，因为随着框架回到圆形时，储存在呈椭圆形的框架中的势能被释放，然后转移到以相反相位形成的椭圆形中。

中央悬架结构抵抗图4a和图4b中所示的不期望的平面内振荡模式，而侧向同步弹簧、比如图5a中的弹簧555将抵抗在本公开中提出的所有实施方式中的不期望的向平面外的振荡模式。

图11示出了图9中所示的中央悬架结构的工作原理。在这种情况下，矩形的内部万向节框架和外部万向节框架可能由于相邻的基准质量块的运动而仅经历微小的变形，或者完全不变形。替代的是，由围绕外部万向节框架的L形框架元件系统来弹性地适应基准质量块的运动。

图11的顶部部分示出了通过四个铰链连接元件951-954互相连接的四个L形框架元件971-974。图11的下部部分示出了四个块的组中的第一基准质量块和第二基准质量块已经在侧向轴线98上远离彼此移动，并且第三基准质量块和第四基准质量块已经在横向轴线99上朝向彼此移动的振荡阶段。L形框架元件也可以被称为拐角元件，其中，每个拐角元件包括在框架元件的拐角处以大致垂直的角度相交的两个腿部。拐角元件在其静止位置可以形成矩形形状。该形状可以是正方形。

L形框架元件971-974的运动遵循与图6中的框架元件641-644和651-654的运动相同的原理。第一L形框架元件971和第四L形框架元件974均已经围绕铰链连接元件951转动，使得由铰链连接元件的臂形成的角度朝向侧向轴线98与横向轴线99相交的中心点成钝角。第二L形框架元件972和第三L形框架元件973也均已经转动，使得由它们的铰链连接元件952形成的角度朝向中心点成钝角。另一方面，由铰链连接元件953和954形成的角度在远离中心点的相反方向上呈钝角。在未示出的相反的振荡阶段中，由每个铰链连接元件形成的角度将在相反的方向上呈钝角。可以使用许多不同的铰链连接元件，并且图11中的图示仅是示意性的。如前所述，围绕中心点的万向节结构将抵抗图4a至图4b中所示的不期望的平面内振荡模式以及像例如任何轴线的线性共同模式一样的所有其他种类的平面内模式。

图8和图9中所示的中央悬架装置可以与本公开中所示的适用于图2a中所示的第一初级振动模式的任何外围悬架装置组合。可以向陀螺仪添加额外的基准质量块，以用于促进对z轴次级模式的检测的改进和简化。陀螺仪还可以包括在第一同步框架内的第三四个基准质量块的组和在第二同步框架内的第四四个基准质量块的组。形成第三四个基准质量块的组的四个基准质量块可以在其静止位置围绕第一四个块的组的中心点对称地布置，并且形成第四四个基准质量块的组的四个基准质量块可以在其静止位置围绕第二四个块的组的中心点对称地布置。

第三四个基准质量块的组中的第一基准质量块和第二基准质量块可以在第一对角轴线上对准，该第一对角轴线在第一四个块的组的中心点处以45度角与侧向轴线和第一横向轴线相交。第三四个基准质量块的组中的第三基准质量块和第四基准质量块可以在第二对角轴线上对准，该第二对角轴线与第一对角轴线正交并且穿过第一四个块的组的中心点。

第四四个基准质量块的组中的第一基准质量块和第二基准质量块可以在第三对角轴线上对准，该第三对角轴线在第二四个块的组的中心点处以45度角与侧向轴线和第二横向轴线相交。第四四个基准质量块的组中的第三基准质量块和第四基准质量块可以在第四对角轴线上对准，该第四对角轴线与第三对角轴线正交并且穿过第二四个块的组的中心点。

一个或更多个横向角弹簧从第一四个基准质量块的组中的在侧向轴线上对准的相邻基准质量块延伸至第三四个基准质量块的组中的每个基准质量块。一个或更多个侧向角弹簧从第一四个基准质量块的组中的在第一横向轴线上对准的相邻基准质量块延伸至第三四个基准质量块的组中的每个基准质量块。

一个或更多个横向角弹簧从第二四个基准质量块的组中的在侧向轴线上对准的相邻基准质量块延伸至第四四个基准质量块的组中的每个基准质量块。一个或更多个侧向角弹簧从第二四个基准质量块的组中的在第二横向轴线上对准的相邻基准质量块延伸至第四四个基准质量块的组中的每个基准质量块。

图12a示出了具有两个四个基准质量块的组和两个四个检测质量块的组的陀螺仪。附图标记1211-1121、1221-224、1261-1262、128和1291-1293分别对应于图5a和5b中的附图标记511-514、521-524、561-562、58和591-593。就前面的附图中存在的直接对应物而言，图12a中绘制的其他元件也对应于前述实施方式的元件。

图12a中所示的陀螺仪与先前的实施方式的不同之处在于，已经添加了第一四个检测质量块的组1231-1234和第二四个检测质量块的组1241-1244。检测质量块1231-1232在第一对角轴线1271上对准，并且检测质量块1233-1234在第二对角轴线1272上对准。基准质量块1241-1242在第三对角轴线1273上对准，并且基准质量块1243-1244在第二对角轴1274上对准。换句话说，可以将第一四个检测质量块的组和第二四个检测质量块的组中的检测质量块放置在第一同步框架和第二同步框架的拐角附近，以使第一四个检测质量块的组和第二四个检测质量块的组中的每个基准质量块占据一个拐角。

第一四个基准质量块的组和第一四个检测质量块的组可以一起覆盖大致矩形的区域，该区域可以是正方形的，如图12a中所示。第二四个基准质量块的组和第二四个检测质量块的组可以同样覆盖矩形区域。然而，xy平面内的各个基准质量块和检测质量块的形状不需要是矩形的。可以使用任何合适的形状。检测质量块的尺寸可以通过改变检测质量块在xy平面内的形状来相对于基准质量块的尺寸进行调整。

检测质量块1231-1234和1241-1244可以用于检测线性的方式的z轴次级振荡模式。角弹簧125和126促进了这种情况。横向角弹簧125从第一四个基准质量块的组中的第一基准质量块1211延伸至第一四个检测质量块的组中的第一检测质量块1231和第三检测质量块1233两者，如图12a中所示。横向角弹簧125也从第一四个基准质量块的组中的第二基准质量块1212延伸至第一四个检测质量块的组中的第二检测质量块1232和第四检测质量块1234两者。侧向角弹簧126从第一四个基准质量块的组中的第三基准质量块1213延伸至第一四个检测质量块的组中的第一检测质量块1231和第四检测质量块1234两者。侧向角弹簧126也从第一四个基准质量块的组中的第四基准质量块1214延伸至第一四个检测质量块的组中的第二检测质量块1232和第三检测质量块1233两者。如图12a所示，侧向角弹簧和横向角弹簧以相同的方式布置在第二四个基准质量块的组与第二四个检测质量块的组的质量块之间。

当第一四个基准质量块的组和第二四个基准质量块的组中的基准质量块在z轴次级模式下切向振荡时，该切向振荡通过侧向角弹簧和横向角弹簧传递至检测质量块。由于角弹簧在侧向方向和横向方向上施加的动量相等(或非常接近相等)，因此检测质量块沿对角轴线以径向振荡的方式运动，如图12b所示的方式。与基准质量块的切向振荡不同，检测质量块的这种径向振荡不包含平面内旋转的分量。因此，可能优选的是，利用测量四个检测质量块的组的振荡的感应换能器来检测次级z轴振荡模式。

检测质量块可以分别固定至第一同步框架和第二同步框架，使得当陀螺仪绕x轴或y轴进行角旋转时，检测质量块与框架一起移动。然而，检测质量块对于检测x轴和y轴次级模式而言不是必需的，因此检测质量块可以替代性地与同步框架断开连接，并且检测质量块的运动可以仅限于xy平面。使检测质量块与同步框架断开连接的好处在于，z轴次级模式测量不太可能被x和y轴次级模式干扰。如果它们仅沿xy平面内的一个轴线进行运动，则易于设计围绕检测质量块的感应换能器。

每个检测质量块可以从位于对角轴线上的对角锚定点(未示出)悬置，检测质量块在该对角轴线上对准。对角锚定点可以例如位于形成在所述检测质量块中的开口内。横向角弹簧125和侧向角弹簧126可以表现出足够的向平面外的弹性，以适应第一四个基准质量块的组和第二四个基准质量块的组在x轴或y轴次级振荡模式下的向平面外的运动，同时四个检测质量块的组保持在xy平面内。

可以在第三四个基准质量块的组和第四四个基准质量块的组中的一个或更多个基准质量块中的开口内提供电容式感应换能器或在第三四个基准质量块的组和第四四个基准质量块的组中的一个或更多个基准质量块附近提供电容式感应换能器，以检测图12b中所示的径向z轴次级振荡模式。四个检测质量块的组可以在本公开中描述的任何实施方式中以上述方式实现。

检测质量块1231-1234和1241-1244可以与本公开中所示的任何中央或外围悬架装置组合实施，并且它们可以用于图2a中所示的第一初级振荡模式以及图3a中所示的第二初级振荡模式两者。如果使用第二初级振荡模式，则检测质量块必须被悬置成用于切向振荡，而不是径向振荡。

外围同步结构可以用于使第一同步框架和第二同步框架的振荡同步。如上所述，陀螺仪可以包括在侧向轴线上的第一侧向锚定点和第二侧向锚定点，使得第一侧向锚定点与第一四个基准质量块的组中的第一基准质量块相邻，并且第二侧向锚定点与第二四个基准质量块的组中的第二基准质量块相邻。陀螺仪还可以包括第一横向锚定点和第二横向锚定点，第一横向锚定点在侧向轴线的第一侧位于的第三横向轴线上，第二横向锚定点在侧向轴线的第二侧位于的第三横向轴线上。

陀螺仪还可以包括在侧向轴线的第一侧上的第一侧向摆动件(seesaw)和在侧向轴线的第二侧上的第二侧向摆动件。第一侧向摆动件可以通过扭转元件附接至第一横向锚定点，并且第二侧向摆动件可以通过扭转元件附接至第二横向锚定点。

第一侧向摆动件可以通过第一横向轴线上的扭杆附接至第一同步框架。第一侧向摆动件可以通过第二横向轴线上的扭杆附接至第二同步框架。第二侧向摆动件可以通过第一横向轴线上的扭杆附接至第一同步框架。第二侧向摆动件可以通过第二横向轴线上的扭杆附接至第二同步框架。

图13a示出了具有外围悬架装置的陀螺仪，该外围悬架装置为同步框架和陀螺仪的外围附近的基准质量块的重量提供了支撑。附图标记1311-1314、1321-1324、1331-1332、1355、1361-1362、138、1391-1393分别对应于图5a和5b中的附图标记511-514、521-524、531-532、555、561-562、58、591-593。附图标记1333-1336对应于图7中的附图标记733-736。外围悬架装置包括在侧向轴线138的第一侧上的第一侧向摆动件1351，该第一侧向摆动件在这种情况下在图的上侧。第二侧向摆动件1352在侧向轴线138的第二侧上，该第二侧向摆动件在这种情况下在图的下侧。第一摆动件1351通过扭转元件(在图13中未示出，但是在图14中可见)附接至第一横向锚定点1335，该扭转元件允许第一侧向摆动件1351绕第三横向轴线1393旋转。类似地，第二侧向摆动件1352通过扭转元件(在图13中未示出，但是在图14中可见)附接至第二横向锚定点1336，该扭转元件允许第二摆动件1352绕第三横向轴线1393旋转。

第一侧向摆动件1351通过在第一横向轴线1391上的扭杆1381附接至第一同步框架1361，并通过在第二横向轴线1392上的扭杆1382附接至第二同步框架1362。类似地，第二侧向摆动件1352通过在第一横向轴线1391上的扭杆1383附接至第一同步框架1361，并通过在第二横向轴线1392上的扭杆1384附接至第二同步框架1362。

第一侧向摆动件1351和第二侧向摆动件1352的扭转弯曲附接件允许这些摆动件绕第三横向轴线593进行反复的倾斜振荡。此外，响应于绕该轴线的旋转的期望的次级振荡包括由每个四个基准质量块的组中的第三基准质量块和第四基准质量块形成的基准质量块对向平面外的振荡的向平面外的运动，使得当基准质量块1323沿负z方向移动时，基准质量块1313沿正z方向移动，并且反之亦然。相应地，当基准质量块1324沿正z方向移动时，基准质量块1314沿负z方向移动，并且反之亦然。

因此，当第二同步框架1362的上部边缘沿负z方向移动时，图13a中的第一同步框架1361的上部边缘也将沿正z方向移动，并且反之亦然。并且当第二同步框架1362的下部边缘沿正z方向移动时，图13a中的第一同步框架1361的下部边缘将沿负z方向移动，并且反之亦然。该运动可以与侧向摆动件1351和1352有效地同步，侧向摆动件1351和1352将向上推动一个同步框架边缘的边缘，同时其向下拉动另一同步框架边缘的边缘。

可选地，可以通过将两个侧向摆动件彼此连接来进一步改善这种同步。陀螺仪可以包括第一横向摆动件和第二横向摆动件，该第一横向摆动件通过扭转元件附接至第一侧向锚定点，该第二横向摆动件通过扭转元件附接至第二侧向锚定点。第一横向摆动件的第一端部可以附接至第一侧向摆动件的第一端部。第一横向摆动件的第二端部可以附接至第二侧向摆动件的第一端部。第二横向摆动件的第一端部可以附接至第一侧向摆动件的第二端部。第二横向摆动件的第二端部可以附接至第二侧向摆动件的第二端部。

图13a中的陀螺仪包括通过扭转元件(未在图13中示出，但是在图14中可见)附接至第一侧向锚定点1333的第一横向摆动件1341和通过扭转元件(未在图13中示出，但在图14中可见)附接至第二侧向锚定点1334——第二侧向锚定点1334附接至第一横向锚定点1335——的第二横向摆动件1342。这些扭转元件允许第一横向摆动件和第二横向摆动件绕侧向轴线138旋转。

如上所述，第一侧向摆动件1351的第一端部(该第一端部可以例如是在图13a中的其左端部)将在第二侧向摆动件1352的第一端部(再次地，是其左侧部)沿负z方向移动时沿正z方向移动。相应地，第一侧向摆动件和第二侧向摆动件的第二端部(在图13a中的其右端部)将始终位于xy平面的相反两侧上。当第一横向摆动件1341的第一端部(该第一端部可以例如是在图13a中的其上端部)连接至第一侧向摆动件1351的第一端部，并且第一横向摆动件1341的第二端部(在图13a中的其下端部)连接至第二侧向摆动件1352的第一端部时，第一横向摆动件和第二横向摆动件可以使该运动同步。如图13a中所示，第二横向摆动件1342的第一(上)端部可以相应地连接至第一侧向摆动件1351的第二端部，并且第二横向摆动件1342的第二(下)端部可以连接至第二侧向摆动件1352的第二端部。将摆动件彼此连接的连接元件1371-1374在应该某种程度上也是可扭转弯曲的，使得这些连接元件至少允许一些扭曲。

第一横向摆动件1341和第二横向摆动件1342的扭转弯曲附接件允许这些摆动件绕侧向轴线138进行反复的反相倾斜振荡，这使侧向摆动件1351和1352绕第三横向轴线1352的反相振荡同步，并且从而使第一同步框架1361和第二同步框架1362的反相振荡同步。这种同步响应于绕x轴的旋转而增强了四个基准质量块的组的次级振荡模式，并拒绝了侧向摆动件1351和1352的不期望的同相振荡。如上所述，四个基准质量块的组响应于绕y轴的旋转的次级振荡模式主要由侧向同步弹簧1355同步。

图13a中所示的外围同步结构可以与本公开中提出的任何中央或外围悬架装置组合实现，并且该外围同步结构可以在四个基准质量块的组被驱动成图2a中所示的第一初级振荡模式时以及在四个块的组被驱动成图3a中所示的第二初级振荡模式时使用。

图13b三维地示出了图13a中的元件在x轴次级振荡模式(比较图2b和图3b)下的运动。为了清楚起见，已经省略了基准质量块和中央悬架装置，并且出于说明的目的，已经大大放大了振荡幅度的大小(相对于外围悬架装置和同步装置的尺寸)。如图中所示，第一同步框架561和第二同步框架562绕侧向轴线58以相反的相位振荡。侧向摆动件1351-1352和横向摆动件1341-1342促进了这种相位关系。

图13c三维地示出了图13a中的元件在y轴次级振荡模式(比较图2b和3b)下的运动。同样，出于说明的目的，已经大大放大了振荡幅度的大小。如图中所示，第一同步框架561和第二同步框架562分别绕第一横向轴线591和第二横向轴线592以相反的相位振荡。侧向同步弹簧1355促进该相位关系。

图14示出了已经实现了上述一些实施方式的陀螺仪结构的示例。附图标记1411-1414、1421-1424、1431-1436、1441-1442、1451-1452、1455、1461-1462分别对应于图13中的附图标记1311-1314、1321-1324、1331-1336、1341-1342、1351-1352、1355和1361-1362。附图标记1481-1484和1491-1494分别对应于图12a和12b中的附图标记1231-1234和1241-1244。附图标记1471-1472分别对应于图9中的附图标记971-972。附图标记1491对应于图9中的附图标记961。附图标记1473、1474和1475分别对应于图7中的附图标记773、774和775。图15示出了没有附图标记的类似示例性结构。

图16示出了也已经提供了驱动换能器和感应换能器的示例性结构。附图标记1611-1614、1621-1624、1681-1684和1691-1694分别对应于图14中的附图标记1411-1414、1421-1424、1481-1484和1491-1494。