[发明专利]一种三轴微机械陀螺仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机械陀螺仪，尤其涉及一种单驱动三轴检测的单结构三轴微机械陀螺仪。属于微机电系统(MEMS)领域。

背景技术

微机械陀螺仪是基于微机电系统技术的惯性器件，可用于测量物体运动的角速度，由于它采用MEMS技术设计和制作，因此具有体积小、质量轻、适合大批量生产和价格低廉的特点，因此在消费电子产品，如数码相机图像稳定、游戏机运动控制、智能手机、掌上电脑和微导航仪等新兴产业上得到应用。

微机械陀螺仪包括驱动部分和检测部分，通过驱动和检测运动的耦合作用实现对运动角速度的测量，因此其设计和制作具有一定的复杂性，而实现高集成的三轴陀螺仪将更加困难。目前单轴陀螺仪的设计和制作技术已经成熟，而三轴陀螺仪相对发展滞后，一般是多个单轴或两轴陀螺仪正交装配，或者将多个陀螺仪集成在单个基板上来实现，但这些都不能满足消费电子产品对陀螺仪小型化的要求，随着市场的发展，新兴产业的带动，单结构高集成度微机械三轴陀螺仪必然会迎来快速发展的时代。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种三轴微机械陀螺仪，该陀螺仪结构紧凑、制作工艺简单、成本低廉、具有较高性能，能实现良好的测量精度和灵敏度。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种三轴微机械陀螺仪，包括基板和固定安装在基板上的陀螺仪主体，其中陀螺仪主体包括平面检测单元和z轴检测单元，平面检测单元包括第一支撑梁、联动梁、驱动电极和第一质量块，其中第一质量块包括两个沿y轴分布的x轴检测质量块x1、x2和两个沿x轴分布的y轴检测质量块y1、y2，且所述四个质量块以基板中心点对称分布，联动梁与支撑梁均为四个，均依次将x轴检测质量块x1、y轴检测质量块y1、x轴检测质量块x2和y轴检测质量块y2连接，驱动电极为四个，分别与四个第一质量块连接，此外基板上对应第一质量块的位置制作金属层，形成平面检测下电极；z轴检测单元由八个模块组成，其中四个模块a、b、c、d沿y轴在x轴检测质量块x1、x2两侧分布，剩余四个模块e、f、g、h沿x轴在y轴检测质量块y1、y2两侧分布，每个模块包括第二支撑梁、解耦梁、驱动梁、第二质量块和检测电极，其中驱动梁一端连接第一质量块，另一端连接第二质量块，解耦梁分别连接第二质量块和检测电极，第二支撑梁连接检测电极。

在上述三轴微机械陀螺仪中，第一支撑梁包括内支撑梁和外支撑梁，其中内支撑梁两端分别连接相邻的x轴检测质量块和y轴检测质量块的内端，外支撑梁两端分别连接相邻的x轴检测质量块和y轴检测质量块的外端。

在上述三轴微机械陀螺仪中，内支撑梁和外支撑梁的拐角处焊接在基板上。

在上述三轴微机械陀螺仪中，驱动电极包括固定电极和可动电极，固定电极固置在基板上，可动电极与第一质量块连接。

在上述三轴微机械陀螺仪中，检测电极包括检测固定电极和检测活动电极，检测固定电极固置在基板上，检测活动电极连接第二支撑梁和解耦梁。

在上述三轴微机械陀螺仪中，驱动梁为z字型梁或H型梁。

在上述三轴微机械陀螺仪中，第一质量块和第二质量块上布置有孔。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明陀螺仪为单结构微机械三轴陀螺仪，三轴通过相同驱动实现，平面检测采用变间隙电容检测，z轴检测采用线振动梳齿电容检测，由于在单个结构上实现了三个轴向检测模块的集成，使其结构紧凑，可大幅减小陀螺仪体积和重量，使陀螺仪具有较广的应用范围；

(2)本发明陀螺仪采用电容差模检测，增大了检测信号输出，同时抑制了噪声干扰，能实现良好的测量精度和灵敏度，

(3)本发明陀螺仪制作工艺简单、成本低廉、具有较高性能，适合大批量生产。

附图说明

图1为本发明单结构微机械三轴陀螺仪的立体结构示意图；

图2为本发明单结构微机械三轴陀螺仪结构层的示意图；

图3为本发明单结构微机械三轴陀螺仪结构层沿A-A剖面图；

图4为本发明单结构微机械三轴陀螺仪基板的主视图；

图5为本发明单结构微机械三轴陀螺仪驱动和z轴检测运动示意图；

图6为本发明单结构微机械三轴陀螺仪平面检测运动示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：